一种用户姿态监测方法和可穿戴设备与流程

本发明涉及可穿戴智能设备领域，尤其涉及一种用户姿态监测方法和可穿戴设备。

背景技术：

现在人们的工作生活中，手机、电脑、平板的使用频率日渐增高，许多人成为“低头族”。而长期低头对颈椎会产生巨大压力，阻碍颈椎管血流畅通，导致颈椎管狭窄等颈椎疾病。

目前，针对颈椎健康的头部方位检测系统目前还未见，颈椎病目前已经呈高发态势，是都市上班族的通病，而智能手机的普及更加剧了这一趋势。发展出针对颈椎健康的监测功能是智能可穿戴设备的重要方向。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明提供了一种用户姿态监测方法和可穿戴设备，以解决上述问题或者至少部分地解决上述问题。

依据本发明的一个方面，提供了一种用户姿态监测方法，该方法包括：

在可穿戴设备中设置惯性传感器，该可穿戴设备被佩戴时位于用户的头部；

当用户佩戴所述可穿戴设备后，通过惯性传感器实时监测用户头部的运动数据；

对运动数据进行姿态解算，得到用户头部的姿态数据；根据姿态数据以及预设策略，确定用户头部姿态是否为正确姿态；

当用户头部姿态为不正确姿态，向用户发出提醒。

可选地，可穿戴设备为智能眼镜；智能眼镜包括眼镜框和与眼镜框可拆卸式连接的眼镜腿，惯性传感器、微处理器设置在眼镜腿中。

可选地，惯性传感器包括：加速度计；

通过惯性传感器实时监测用户头部的运动数据包括：通过加速度计测量用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的加速度；

对运动数据进行姿态解算，得到用户头部的姿态数据包括：

对用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的加速度进行姿态解算，得到用户头部的俯仰角和横滚角，将俯仰角和横滚角作为用户头部的姿态数据；

其中，x轴、y轴和z轴构成用户头部的本体坐标系，该本体坐标系随用户头部运动而变化，以用户头部中心为坐标原点，以用户视线向前的方向为x轴正方向，以指向用户头顶中心的方向为z轴正方向，y轴与x轴、z轴构成右手坐标系。

可选地，惯性传感器还包括：陀螺仪；

通过惯性传感器监测用户头部的运动数据还包括：通过陀螺仪测量用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的旋转角速度；

对运动数据进行姿态解算，得到用户头部的姿态数据包括：

对用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的加速度以及用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的旋转角速度进行姿态解算，得到用户头部的俯仰角和横滚角，将俯仰角和横滚角作为用户头部的姿态数据。

可选地，根据姿态数据以及预设策略，确定用户头部姿态是否为正确姿态包括：

预设平衡阈值范围；根据姿态数据计算表示用户头部运动的平衡程度的平衡数值；判断平衡数值是否超过平衡阈值范围，是则，确定用户头部姿态为不正确姿态；

或者，

预设姿态数据阈值范围；判断姿态数据是否超过姿态数据阈值范围，是则，确定用户头部姿态不适当；如果用户头部姿态不适当维持超过预设时间范围，确定用户头部姿态为不正确姿态。

可选地，预设平衡阈值范围；根据姿态数据计算表示用户头部运动的平衡程度的平衡数值；判断平衡数值是否超过平衡阈值范围，是则，确定用户头部姿态为不正确姿态包括：

预设第一平衡阈值范围，对于每个预设时间周期，将该预设时间周期内的各个单位时间对应的用户头部的俯仰角进行累加，将累加得到的数值作为该预设时间周期内的俯仰角对应的平衡数值；判断该俯仰角对应的平衡数值是否超过第一平衡阈值范围，是则，确定用户头部姿态为不正确姿态；

和/或，

预设第二平衡阈值范围，对于每个预设时间周期，将该预设时间周期内的各个单位时间对应的用户头部的横滚角进行累加，将累加得到的数值作为该预设时间周期内的横滚角对应的平衡数值；判断该横滚角对应的平衡数值是否超过第二平衡阈值范围，是则，确定用户头部姿态为不正确姿态。

可选地，在可穿戴设备中设置紫外线传感器；该方法进一步包括：

通过紫外线传感器监测环境紫外线强度，得到紫外线强度数据；

预设紫外线辐射阈值；当监测到的紫外线强度数据超过紫外线辐射阈值时，向用户发出第二提醒。

可选地，在通过惯性传感器实时监测用户头部的运动数据之前，该方法进一步包括：

预设佩戴检测阈值；通过加速度计实时监测可穿戴设备的加速度，判断可穿戴设备的加速度的幅值在预设时间内的变化是否超过佩戴检测阈值，是则确定可穿戴设备处于佩戴状态，再执行通过惯性传感器实时监测用户头部的运动数据的步骤；

可穿戴设备中还设置了线性马达和/或蓝牙通信模块；

向用户发出提醒包括：通过线性马达的振动向用户发出提醒，和/或，通过蓝牙通信模块连接另一移动终端，向另一移动终端推送提醒消息。

依据本发明的另一个方面，提供了一种可穿戴设备，其特征在于，可穿戴设备被佩戴时位于用户的头部，包括惯性传感器和微处理器；

惯性传感器用于当用户佩戴可穿戴设备后，实时监测用户头部的运动数据；

微处理器与惯性传感器连接，用于对运动数据进行姿态解算，得到用户头部的姿态数据；根据姿态数据以及预设策略，确定用户头部姿态是否为正确姿态；当确定用户头部姿态为不正确姿态时，控制向用户发出提醒。

可选地，可穿戴设备为智能眼镜；智能眼镜包括眼镜框和与眼镜框可拆卸式连接的眼镜腿，惯性传感器、微处理器设置在所述眼镜腿中；

眼镜腿中还设置有紫外线传感器，紫外线传感器用于监测环境紫外线强度，得到紫外线强度数据；

微处理器还与紫外线传感器连接，用于预设紫外线辐射阈值；当紫外线强度数据超过紫外线辐射阈值时，向用户发出第二提醒。

可选地，惯性传感器包括：加速度计；微处理器与加速度计连接；

加速度计用于测量用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的加速度；微处理器用于对用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的加速度进行姿态解算，得到用户头部的俯仰角和横滚角，将俯仰角和横滚角作为用户头部的姿态数据；

或者，

惯性传感器包括：加速度计和陀螺仪；微处理器分别与加速度计、陀螺仪连接；

加速度计用于测量用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的加速度；陀螺仪用于测量用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的旋转角速度；微处理器用于对用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的加速度以及用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的旋转角速度进行姿态解算，得到用户头部的俯仰角和横滚角，将俯仰角和横滚角作为用户头部的姿态数据；

其中，x轴、y轴和z轴构成用户头部的本体坐标系，该本体坐标系随用户头部运动而变化，以用户头部中心为坐标原点，以用户视线向前的方向为x轴正方向，以指向用户头顶中心的方向为z轴正方向，y轴与x轴、z轴构成右手坐标系。

可选地，微处理器，用于预设平衡阈值范围；根据姿态数据计算表示用户头部运动的平衡程度的平衡数值；判断平衡数值是否超过平衡阈值范围，是则，确定用户头部姿态为不正确姿态；或者，用于预设姿态数据阈值范围；判断姿态数据是否超过姿态数据阈值范围，是则，确定用户头部姿态不适当；如果用户头部姿态不适当维持超过预设时间范围，确定用户头部姿态为不正确姿态。

可选地，微处理器，用于预设第一平衡阈值范围，对于每个预设时间周期，将该预设时间周期内的各个单位时间对应的用户头部的俯仰角进行累加，将累加得到的数值作为该预设时间周期内的俯仰角对应的平衡数值；判断该俯仰角对应的平衡数值是否超过第一平衡阈值范围，是则，确定用户头部姿态为不正确姿态；和/或，用于预设第二平衡阈值范围，对于每个预设时间周期，将该预设时间周期内的各个单位时间对应的用户头部的横滚角进行累加，将累加得到的数值作为该预设时间周期内的横滚角对应的平衡数值；判断该横滚角对应的平衡数值是否超过第二平衡阈值范围，是则，确定用户头部姿态为不正确姿态。

可选地，加速度计还用于实时监测可穿戴设备的加速度；

微处理器，还用于预设佩戴检测阈值，判断可穿戴设备的加速度的幅值在预设时间内的变化是否超过佩戴检测阈值，是则确定可穿戴设备处于佩戴状态；

加速度计在确定可穿戴设备处于佩戴状态后再实时监测用户头部的运动数据。

可选地，眼镜腿中还设置有线性马达和/或蓝牙通信模块；

微处理器与线性马达连接，用于通过线性马达的振动向用户发出提醒；

微处理器与蓝牙通信模块连接，用于通过蓝牙通信模块连接另一移动终端，向另一移动终端推送提醒消息。

由上述可知，本发明提供的技术方案通过佩戴在用户头部的可穿戴设备监测用户头部的运动数据，对监测到的运动数据通过姿态解算得到用户头部的姿态数据，根据用户头部的姿态数据以及预设策略确定用户头部姿态，并在用户头部姿态不正确时向用户发出提醒；依据本方案，可穿戴设备位于用户头部，设置于可穿戴设备中的惯性传感器与用户头部能够保持相对静止，可以更加准确、高效地监测用户头部的运动数据，进而获得更加可信的用户头部的姿态数据，通过对可信的用户头部姿态数据的分析实现了对用户头部姿态的有效监测，在用户头部姿态不正确时发出警告，以提醒用户注意颈椎健康。

附图说明

图1示出了根据本发明一个实施例的一种用户姿态监测方法的流程图；

图2A示出了根据本发明一个实施例的用户头部的本体坐标系随用户头部的横滚转动而变化的示意图；

图2B示出了根据本发明一个实施例的用户头部的本体坐标系随用户头部的俯仰转动而变化的示意图；

图2C示出了根据本发明一个实施例的用户头部的本体坐标系随用户头部的方位转动而变化的示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的用户在不同低头角度时颈椎的负重示意图；

图4示出了根据本发明一个实施例的通过可穿戴设备进行监控报警的方法的流程图；

图5示出了根据本发明一个实施例的一种可穿戴设备的示意图；

图6示出了根据本发明一个实施例的智能眼镜的眼镜腿的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1示出了根据本发明一个实施例的一种用户姿态监测方法的流程图。如图1所示，该方法包括：

步骤S110，在可穿戴设备中设置惯性传感器，该可穿戴设备被佩戴时位于用户的头部。

步骤S120，当用户佩戴可穿戴设备后，通过惯性传感器实时监测用户头部的运动数据。

步骤S130，对运动数据进行姿态解算，得到用户头部的姿态数据；根据姿态数据以及预设策略，确定用户头部姿态是否为正确姿态。

步骤S140，当用户头部姿态为不正确姿态，向用户发出提醒。

可见，图1所示的方法通过佩戴在用户头部的可穿戴设备监测用户头部的运动数据，对监测到的运动数据通过姿态解算得到用户头部的姿态数据，根据用户头部的姿态数据以及预设策略确定用户头部姿态，并在用户头部姿态不正确时向用户发出提醒；依据本方案，可穿戴设备位于用户头部，设置于可穿戴设备中的惯性传感器与用户头部能够保持相对静止，可以更加准确、高效地监测用户头部的运动数据，进而获得更加可信的用户头部的姿态数据，通过对可信的用户头部姿态数据的分析实现了对用户头部姿态的有效监测，在用户头部姿态不正确时发出警告，以提醒用户注意颈椎健康。

在本发明的一个实施例中，图1所示方法中的可穿戴设备为智能眼镜；该智能眼镜包括眼镜框和与眼镜框可拆卸式连接的眼镜腿，惯性传感器设置在眼镜腿中。当用户佩戴智能眼镜时，眼镜腿与用户头部相对静止，即设置在眼镜腿中的惯性传感器随用户头部的运动而运动，具有与用户头部一致的本体坐标系；本实施例中，x轴、y轴和z轴构成用户头部的本体坐标系，该本体坐标系随用户头部运动而变化，以用户头部中心为坐标原点，以用户视线向前的方向为x轴正方向，以指向用户头顶中心的方向为z轴正方向，y轴与x轴、z轴构成右手坐标系。图2A示出了根据本发明一个实施例的用户头部的本体坐标系随用户头部的横滚转动而变化的示意图，如图2A所示，当用户头部发生左右方向的横滚转动时，本体坐标系绕x轴旋转一定角度，该旋转角度即为用户头部的横滚角，即本体坐标系随用户头部的运动发生变化，变化前后的z轴与z’轴的夹角等于该横滚角，变化前后的y轴与y’轴的夹角等于该横滚角；图2B示出了根据本发明一个实施例的用户头部的本体坐标系随用户头部的俯仰转动而变化的示意图，如图2B所示，当用户头部发生前后方向的俯仰转动时，本体坐标系绕y轴旋转一定角度，该旋转角度即为用户头部的俯仰角，即本体坐标系随用户头部的运动发生变化，变化前后的z轴与z’轴的夹角等于该俯仰角，变化前后的x轴与x’轴的夹角等于该俯仰角；图2C示出了根据本发明一个实施例的用户头部的本体坐标系随用户头部的方位转动而变化的示意图，如图2C所示，当用户头部发生方位转动时，本体坐标系绕z轴旋转一定角度，该旋转角度即为用户头部的方位角，即本体坐标系随用户头部的运动发生变化，变化前后的x轴与x’轴的夹角等于该方位角，变化前后的y轴与y’轴的夹角等于该方位角。

其中，图2C所示的方位角与用户身体的运动状态有关，在图2C所示的场景中z轴方向平行于重力矢量方向，可以看做本体坐标系是绕重力矢量方向发生旋转，即以大地坐标系为参照系，因此用户头部的方位角可能是用户在正视前方的时候处于的任何一个角度；想要对用户头部的方位角进行测量需要获知用户身体的运动状态，而仅通过与用户头部相对静止的惯性传感器监测的运动数据只能获得用户头部的姿态信息却无法得到用户身体的运动状态信息，由此在通过本方案提供的智能眼镜的眼镜腿中的惯性传感器对用户头部的方位角进行监测的过程中很容易产生干扰，可能导致用户的姿势正确而惯性传感器的算法却反馈回姿态不正确的信息，产生错误报警，影响智能眼镜的使用体验，例如，在监测到方位角时无法判断是因为用户身体转动而导致产生的监测数据还是因为用户身体未转动但用户头部转动而导致产生的监测数据；而与方位角不同，用户在活动时大多数时间内躯干处于垂直于地面的形态，用户身体的转动是绕重力矢量方向的转动，如图2A-2B所示的用户头部的横滚角和俯仰角的监控数据是由于用户头部绕垂直于重力矢量方向的x轴和y轴转动而产生的，即用户身体的转动不会导致产生横滚角和俯仰角的监测数据，可知在大多数场景中用户头部的横滚角和俯仰角只与用户头部的运动状态相关而不受用户身体的运动状态所影响，与用户头部相对静止的惯性传感器监测的数据能够正确反馈用户头部的横滚运动和俯仰运动，因此横滚角和俯仰角能够反馈正确的用户头部姿态；因此，本发明提供的技术方案仅关注横滚角和俯仰角，以更为精确地反映用户头部的姿态。

在一个具体的实施例中，设置于智能眼镜的眼镜腿中的惯性传感器包括：加速度计，则图1所示方法中步骤S120通过惯性传感器实时监测用户头部的运动数据包括：通过加速度计测量用户头部在本体坐标系的x轴方向、y轴方向和z轴方向的加速度；则步骤S130对运动数据进行姿态解算，得到用户头部的姿态数据包括：对用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的加速度进行姿态解算，得到用户头部的俯仰角和横滚角，将得到的用户头部的俯仰角和横滚角作为用户头部的姿态数据。

具体地，对加速度计所监测到的用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的加速度进行姿态解算得到用户头部的俯仰角和横滚角的原理是：众所周知地，加速度计的监测结果数据能够以重力加速度的方向为基准，例如，用户正视前方的状态为初始态，此时，z轴方向与重力矢量方向相反，x轴和y轴方向均垂直于重力矢量方向，则加速度计监测得到用户头部在z轴方向上的加速度大小等于重力加速度，且在x轴和y轴方向上的加速度均为0；当用户头部发生如图2A所示的运动时，z轴方向发生变化，y轴方向发生变化，x轴方向未变依然垂直于重力矢量方向，则加速度计监测得到的用户头部在x轴方向上的加速度为0，在z轴方向上的加速度与在y轴方向上的加速度所合成的总加速度的大小等于重力加速度、方向与重力加速度的方向相反，假设横滚角为θ，即此时用户头部在z轴方向上的加速度a_z和在y轴方向上的加速度a_y满足：a_z·cosθ-a_y·sinθ＝g，a_z·sinθ+a_y·cosθ＝0，其中g为重力加速度常量，则可以计算出用户头部的横滚角，同理，在用户头部发生俯仰运动时也可以根据加速度计所监测到的加速度计算出用户头部的俯仰角，同理，在用户头部发生其它形式的运动时均可以根据加速度计所监测到的加速度计算出用户头部横滚角和俯仰角。

可以看出，上述实施例中对惯性传感器监测的用户头部的运动数据进行姿态解算得到用户头部的姿态数据的方案的实质是根据加速度计监测的用户头部的加速度数据来获知用户头部的本体坐标系相对于大地坐标系的旋转变换，再根据本体坐标系的旋转变换确定用户头部的姿态数据，上述实施例通过欧拉角法来表示用户头部的本体坐标系的旋转变换，在其它实施例中可以通过余弦矩阵、四元数法等姿态解算方式来表示用户头部的本体坐标系的旋转变换。

在另一个具体的实施例中，设置于智能眼镜的眼镜腿中的惯性传感器包括：加速度计和陀螺仪，则图1所示方法中步骤S120通过惯性传感器实时监测用户头部的运动数据包括：通过加速度计测量用户头部在本体坐标系的x轴方向、y轴方向和z轴方向的加速度，以及，通过陀螺仪测量用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的旋转角速度；则步骤S130对运动数据进行姿态解算，得到用户头部的姿态数据包括：对用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的加速度以及用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的旋转角速度进行姿态解算，得到用户头部的俯仰角和横滚角，将得到的用户头部的俯仰角和横滚角作为用户头部的姿态数据。

具体地，对用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的加速度以及用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的旋转角速度进行姿态解算，得到用户头部的俯仰角和横滚角的原理是：如前文所述，加速度计的监测结果数据能够以重力加速度的方向为基准，即通过加速度计监测的用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的加速度能够获知重力矢量方向与用户头部的本体坐标系的位置关系，而陀螺仪只能监测用户头部绕本体坐标系的三个轴进行转动的旋转角速度但不能获知基准方向，进而无法判断用户头部的准确姿态，为此，由于加速度计的原理是指示除重力加速度之外的加速度，因此可以获知重力加速度的方向，则可以将陀螺仪与加速度计结合，以根据加速度计的监测结果数据获知的重力矢量方向作为基准方向，确定本体坐标系与重力矢量方向的相对位置关系，即得到本体坐标系相对于重力矢量方向的变换关系；再通过对陀螺仪监测得到的关于本体坐标系的x轴、y轴和z轴的旋转角速度分别进行积分，分别得到本体坐标系关于x轴、y轴和z轴的旋转角度，即得到本体坐标系自身的变换关系；在得到本体坐标系自身的变换关系和本体坐标系相对于重力矢量方向的变换关系后，通过姿态解算算法进行角度换算，得到用户头部的俯仰角和横滚角。通常情况下，单独通过加速度计监测运动数据的方案相比于通过加速度计与陀螺仪结合监测运动数据的方案更适用于用户头部运动较慢的情景，其原因是：加速度计对运动太过敏感，在运动较快的场景下加速度计更容易产生干扰，将对监测结果产生影响；而将加速度计与陀螺仪结合仅仅利用加速度提供重力矢量基准方向的特性，对监测数据产生的影响较小。

可以看出，上述实施例中对惯性传感器监测的用户头部的运动数据进行姿态解算得到用户头部的姿态数据的方案的实质是：根据加速度计监测的用户头部的加速度数据来确定基准方向，再根据该基准方向以及陀螺仪监测的用户头部的旋转角速度数据获知用户头部的本体坐标系相对于大地坐标系的旋转变换，然后再根据本体坐标系的旋转变换确定用户头部的姿态数据，在本发明的实施例中，可以通过欧拉角法、余弦矩阵、四元数法等姿态解算方式来表示用户头部的本体坐标系的旋转变换。

在上述得到用户头部的姿态数据之后，图1所示的方法需要进一步根据姿态数据以及预设策略来确定用户头部姿态是否为正确姿态，通常认为，当用户头部长时间处于低头状态或倾斜状态时对颈椎的伤害比较大，图3示出了根据本发明一个实施例的用户在不同低头角度时颈椎的负重示意图，从图3中可以看出，当低头角度达到60°时，颈椎的负重达到了直立时的5倍多，给颈椎造成了极大的负荷，此外，长时间低头或倾斜头部还会导致颈椎外侧长期处于张开状态，导致骨质增生等疾病，严重危害颈椎健康。面对这样的现状，步骤S130根据姿态数据以及预设策略来确定用户头部姿态是否为正确姿态的步骤包括：

方案一，预设平衡阈值范围；根据姿态数据计算表示用户头部运动的平衡程度的平衡数值；判断该平衡数值是否超过平衡阈值范围，是则，确定用户头部姿态为不正确姿态。

前文中得到的用户头部的姿态数据为用户头部的横滚角和俯仰角，通常情况下，用户头部的横滚角和俯仰角的范围不会超过[-π/2,π/2]，可以通过对这个范围内的横滚角和俯仰角进行数据融合处理，融合处理得到标识用户头部运动的平衡程度的平衡数值。上述方案一具体为，预设第一平衡阈值范围，对于每个预设时间周期，将该预设时间周期内的各个单位时间对应的用户头部的俯仰角进行累加，将累加得到的数值作为该预设时间周期内的俯仰角对应的平衡数值；判断该俯仰角对应的平衡数值是否超过第一平衡阈值范围，是则，确定用户头部姿态为不正确姿态；和/或，预设第二平衡阈值范围，对于每个预设时间周期，将该预设时间周期内的各个单位时间对应的用户头部的横滚角进行累加，将累加得到的数值作为该预设时间周期内的横滚角对应的平衡数值；判断该横滚角对应的平衡数值是否超过第二平衡阈值范围，是则，确定用户头部姿态为不正确姿态。

例如，设定用户头部向左倾斜时横滚角为负，向右倾斜时横滚角为正，对于每个预设时间周期t，通过对该t时间范围内用户头部的横滚角进行累加能够得到该t时间内横滚角对应的平衡数值，该平衡数值反映用户头部运动的平衡程度；由于用户头部向左倾斜和向右倾斜体现在数据中是正负相反的横滚角，因此通过累加后得到的平衡数值越小则代表用户头部运动的平衡程度越高，相反平衡数值越大则代表用户头部运动的平衡程度越低，说明用户头部长时间向一个方向倾斜，不利于颈椎健康，如果该平衡数值超过第一平衡阈值范围则确定用户头部姿态为不正确姿态，向用户发出提醒。同样地，设定用户低头时的俯仰角为负，抬头时的俯仰角为正，对于每个预设时间周期t，通过对该t时间范围内用户头部的俯仰角进行累加能够得到该t时间内俯仰角对应的平衡数值，该平衡数值反映用户头部运动的平衡程度；由于用户低头和抬头体现在数据中是正负相反的俯仰角，因此通过累加后得到的平衡数值越小则代表用户头部运动的平衡程度越高，相反平衡数值越大则代表用户头部运动的平衡程度越低，说明用户头部长时间低头或仰头，不利于颈椎健康，如果该平衡数值超过第二平衡阈值范围则确定用户头部姿态为不正确姿态，向用户发出提醒。如在t时间内用户头部先向左倾斜一个较大的角度再向右倾斜一个较大的角度，计算出的横滚角对应的平衡数值接近于0，则认为用户头部进行了对称的动作，则用户的颈椎的受力处于相对平衡的状态。在用户头部既发生横滚运动又发生俯仰运动的情况下，可以将用户头部的运动角度分解为横滚角和俯仰角，再依据上述方法分别对横滚角和俯仰角对应的平衡数值进行计算，以确定用户头部姿态是否正确。

方案二，预设姿态数据阈值范围；判断姿态数据是否超过所述姿态数据阈值范围，是则，确定用户头部姿态不适当；如果用户头部姿态不适当维持超过预设时间范围，确定用户头部姿态为不正确姿态。

上述方案二以预设的姿态数据阈值范围来表征用户头部姿态处于不利于颈椎健康的状态的临界区域，当姿态数据超过该姿态数据阈值范围时，确定用户头部姿态处于不利于颈椎健康的状态，即用户头部姿态不适当，当用户头部姿态不适当的状态维持超过预设时间范围，确定用户头部姿态为不正确姿态，向用户发起提醒。

比较上述方案一和方案二，方案一实质上对用户头部姿态进行动态的累加计算，以用户头部姿态在一个时间段内综合变化结果作为衡量用户头部姿态是否正确的标准，而方案二实质上对用户头部姿态中的不适当姿态进行监控，以不适当姿态维持超过一定时间作为衡量用户头部姿态是否正确的标准。针对方案二，由于其是以不适当姿态维持超过一定时间作为衡量标准，会出现误判的情形，如用户头部向左倾斜T₁时间，然后又向右倾斜T₂时间，而向左、向右倾斜均属于不适当姿态，当T₁与T₂时间总和大于预设时间范围，则会确定用户头部姿态不正确。通过方案一的平衡判定标准，综合考虑一个时间段内用户头部的变化情况，能避免此种误判的情形发生。

日常生活中人们可能会接触到各种类型的辐射，接触过度的辐射会对人的健康产生影响。紫外线(UV)辐射是日常生活中最常碰到的一类辐射，包括UV-A，UV-B，UV-C。其中UV-C的属于超短波紫外线，基本可以被地球大气层完全吸收，而UV-B和UV-A可透过大气层直接辐射到地面。一般认为，UV-B是导致皮肤癌的主要诱因之一，UV-A会造成皮肤晒黑，并且对皮肤癌也有一定的影响，还会导致白内障、日光视网膜炎及角膜发育不全等眼科疾病。在本发明的一个实施例中，在可穿戴设备中设置紫外线传感器；该紫外线传感器用于监测环境紫外线强度，图4示出了根据本发明一个实施例的通过可穿戴设备进行监控报警的方法的流程图，可穿戴设备中包括惯性传感器和紫外线传感器，从图4可以看出，该方法包括：

步骤S410，判断可穿戴设备是否处于佩戴状态，是则，分别执行步骤S420和步骤S450。

步骤S420，通过惯性传感器实时监测用户头部的运动数据。

步骤S430，对运动数据进行姿态解算，得到用户头部的姿态数据。

步骤S440，对姿态数据进行数据融合得到平衡数值。

步骤S450，判断平衡数值是否超过预设的平衡阈值范围，是则，执行步骤S460，否则，执行步骤S420。

步骤S460，向用户发起第一提醒。

步骤S470，通过紫外线传感器监测环境紫外线强度，得到紫外线强度数据。

步骤S480，判断监测到的紫外线强度数据是否超过预设的紫外线辐射阈值，是则，执行步骤S490，否则，执行步骤S470。

步骤S490，向用户发出第二提醒。

其中，步骤S410判断可穿戴设备是否处于佩戴状态的方案可以是：预设佩戴检测阈值；通过加速度计实时监测可穿戴设备的加速度，判断可穿戴设备的加速度的幅值在预设时间内的变化是否超过佩戴检测阈值，是则确定可穿戴设备处于佩戴状态。具体地，通过加速度计实时监测可穿戴设备在本体坐标系的x轴、y轴和z轴上的加速度a_x、a_y和a_z，根据可穿戴设备在本体坐标系的x轴、y轴和z轴上的加速度a_x、a_y和a_z计算加速度幅值a，例如，或者，a＝|a_x|+|a_y|+|a_z|，判断该加速度幅值a在预设时间内的变化是否超过预设的佩戴检测阈值，是则，说明可穿戴设备在预设时间内发生随用户头部的运动，确定可穿戴设备处于佩戴状态。本步骤在可穿戴设备对用户头部的运动数据进行监测之前先判断用户是否已经佩戴该可穿戴设备，避免在用户未佩戴该可穿戴设备之前即开始监测数据而导致监测到无效数据，进而避免无效数据给后续确定用户头部姿态的处理过程带来的干扰。

此外，在本发明的一个实施例中，可穿戴设备中还设置了线性马达和/或蓝牙通信模块；当可穿戴设备为智能眼镜时，线性马达和/或蓝牙通信模块设置于智能眼镜的眼镜腿中。则上述步骤S460在确定用户头部姿态为不正确姿态后可以通过眼镜腿中的线性马达的振动向用户发出第一提醒，也可以通过蓝牙通信模块连接另一移动终端，向该另一移动终端推送提醒消息；以及，上述步骤S490在环境紫外线强度数据超过紫外线辐射阈值后可以通过眼镜腿中的线性马达的振动向用户发出第二提醒，也可以通过蓝牙通信模块连接另一移动终端，向该另一移动终端推送第二提醒消息。例如，通过蓝牙通信模块建立智能眼镜与移动终端(智能手机、智能手表等)之间的蓝牙连接，向该移动终端的相应应用推送提醒消息和/或第二提醒消息，提醒用户注意颈椎健康和避免紫外线辐射，在向移动终端推送第二提醒消息时，通过移动终端的相应应用显示当前环境紫外线数据(UV数值信息)。再例如，通过线性马达进行提醒时，可以设置不同的振动频率实现第一提醒和第二提醒的区别，在此不作限定。

在本发明的一个实施例中，还可以利用设置于可穿戴设备中的惯性传感器对用户在走路或跑步过程中的动力学参数进行监测，包括步频、触地时间、左右脚触地平衡、动力学参数的监测对于用户更好的了解自己的运动效率，纠正跑步姿态，改善运动效益有明显的帮助。以及，还可以结合加速度计和陀螺仪的监测结果数据来判断用户是否发生摔倒事件，例如，当监测到可穿戴设备的加速度在预设单位时间内的变化超过第一预设阈值范围，以及监测到可穿戴设备的旋转角速度在预设单位时间内的变化超过第二预设阈值范围，确定用户发生摔倒事件，此时，可以通过蓝牙通信模块向智能手机发送报警信息，该报警信息中包括预先设置的联系人电话，可以指示智能手机执行拨打该联系人电话等操作。其中，上述惯性传感器可以采用九轴惯性传感器，包括三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴地磁传感器，地磁传感器为陀螺仪和加速度计提供方向基准。

此外，可穿戴设备上还可以设置气压计，通过该气压计监测环境气压数据，当环境气压数据在一定时间内的变化超过预设阈值时，确定环境天气异常，向用户发起第三报警，以提示暴风雨等类似的异常天气。而且还可以通过气压计监测用户头部的高度数据，结合气压计监测的高度数据和惯性传感器监测的运动数据可以判断用户坐下、站起或者上下楼梯等涉及到高度变化的动作，可以用来判断用户是否久坐，是则提醒用户注意，也可以用来统计用户爬楼梯层数，以进行运动定量统计等。

图5示出了根据本发明一个实施例的一种可穿戴设备的示意图。如图5所示，该可穿戴设备500被佩戴时位于用户的头部，包括惯性传感器510和微处理器520。

惯性传感器510用于当用户佩戴可穿戴设备500后，实时监测用户头部的运动数据。

微处理器520与惯性传感器510连接，用于对运动数据进行姿态解算，得到用户头部的姿态数据；根据姿态数据以及预设策略，确定用户头部姿态是否为正确姿态；当确定用户头部姿态为不正确姿态时，控制向用户发出提醒。

可见，图5所示的可穿戴设备500佩戴在用户头部通过惯性传感器510监测用户头部的运动数据，微处理器520对监测到的运动数据通过姿态解算得到用户头部的姿态数据，根据用户头部的姿态数据以及预设策略确定用户头部姿态，并在用户头部姿态不正确时向用户发出提醒；依据本方案，可穿戴设备500位于用户头部，设置于可穿戴设备500中的惯性传感器510与用户头部能够保持相对静止，可以更加准确、高效地监测用户头部的运动数据，进而获得更加可信的用户头部的姿态数据，通过对可信的用户头部姿态数据的分析实现了对用户头部姿态的有效监测，在用户头部姿态不正确时发出警告，以提醒用户注意颈椎健康。

在本发明的一个实施例中，可穿戴设备500为智能眼镜；智能眼镜包括眼镜框和与眼镜框可拆卸式连接的眼镜腿，惯性传感器510、微处理器520均设置在眼镜腿中。

在本发明的一个实施例中，惯性传感器510包括：加速度计；微处理器520与加速度计连接；加速度计用于测量用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的加速度；微处理器520用于对用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的加速度进行姿态解算，得到用户头部的俯仰角和横滚角，将所述俯仰角和横滚角作为用户头部的姿态数据。

或者，惯性传感器510包括：加速度计和陀螺仪；微处理器520分别与加速度计、所述陀螺仪连接；加速度计用于测量用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的加速度；陀螺仪用于测量用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的旋转角速度；微处理器520用于对用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的加速度以及用户头部在x轴方向、y轴方向和z轴方向的旋转角速度进行姿态解算，得到用户头部的俯仰角和横滚角，将俯仰角和横滚角作为用户头部的姿态数据；

其中，x轴、y轴和z轴构成用户头部的本体坐标系，该本体坐标系随用户头部运动而变化，以用户头部中心为坐标原点，以用户视线向前的方向为x轴正方向，以指向用户头顶中心的方向为z轴正方向，y轴与x轴、z轴构成右手坐标系。

在上述微处理器520得到用户头部的姿态数据的基础上，微处理器520，用于预设平衡阈值范围；根据姿态数据计算表示用户头部运动的平衡程度的平衡数值；判断平衡数值是否超过所述平衡阈值范围，是则，确定用户头部姿态为不正确姿态。或者，微处理器520，用于预设姿态数据阈值范围；判断姿态数据是否超过所述姿态数据阈值范围，是则，确定用户头部姿态不适当；如果用户头部姿态不适当维持超过预设时间范围，确定用户头部姿态为不正确姿态。

具体地，微处理器520，用于预设第一平衡阈值范围，对于每个预设时间周期，将该预设时间周期内的各个单位时间对应的用户头部的俯仰角进行累加，将累加得到的数值作为该预设时间周期内的俯仰角对应的平衡数值；判断该俯仰角对应的平衡数值是否超过一平衡阈值范围，是则，确定用户头部姿态为不正确姿态。和/或，微处理器520，用于预设第二平衡阈值范围，对于每个预设时间周期，将该预设时间周期内的各个单位时间对应的用户头部的横滚角进行累加，将累加得到的数值作为该预设时间周期内的横滚角对应的平衡数值；判断该横滚角对应的平衡数值是否超过第二平衡阈值范围，是则，确定用户头部姿态为不正确姿态。

图6示出了根据本发明一个实施例的智能眼镜的眼镜腿的示意图，如图6所示，眼镜腿中包括惯性传感器510和微处理器520，惯性传感器510与微处理器520的交互原理上文中已经说明。

眼镜腿中还设置有紫外线传感器530，该紫外线传感器530用于监测环境紫外线强度，得到紫外线强度数据；微处理器520还与紫外线传感器530连接，用于预设紫外线辐射阈值，当所述紫外线强度数据超过所述紫外线辐射阈值时，向用户发出第二提醒。

眼镜腿中还设置有线性马达540，微处理器520与线性马达540连接，用于通过线性马达540的振动向用户发出提醒。眼镜腿中还设置有蓝牙通信模块550，蓝牙通信模块550用于建立眼镜腿与另一移动终端之间的蓝牙连接；微处理器520与蓝牙通信模块连接550，用于通过蓝牙连接向另一移动终端推送提醒消息。

该眼镜腿的眼镜连接处560适配于多种眼镜框，用户可以根据自身需求在不更换眼镜腿的情况下对眼镜框进行更换，该眼镜腿与眼镜框构成智能眼镜整体。此外眼镜腿中还设置有电池等模块，也可以采用无线充电技术，保证产品性能。

在本发明的一个实施例中，微处理器520检测智能眼镜是否处于佩戴状态，具体地，惯性传感器510中的加速度计实时监测智能眼镜的加速度，微处理器520计算智能眼镜的加速度的幅值，并判断智能眼镜的加速度的幅值在预设时间内的变化是否超过佩戴检测阈值，是则确定所述智能眼镜腿处于佩戴状态。

需要说明的是，图5-图6所示装置的各实施例与上文中图1-图4所示的各实施例对应相同，上文中已有详细说明在此不再赘述。

综上所述，本发明提供的技术方案通过佩戴在用户头部的可穿戴设备监测用户头部的运动数据，对监测到的运动数据通过姿态解算得到用户头部的姿态数据，根据用户头部的姿态数据以及预设策略确定用户头部姿态，并在用户头部姿态不正确时向用户发出提醒；依据本方案，以及进行：1、紫外线监测。通过眼镜腿搭载的紫外线传感器对环境中紫外线强度进行实时监测，并在紫外线强度过高时对用户发出警告。2、头部位姿监测。通过眼镜腿内置的惯性传感器和气压计等，对用户头部位姿进行姿态解算，监测用户的实时头部姿态，当用户的头部长时间处于倾斜姿态时对用户发出警告。并且，目前的眼镜类的智能穿戴设备多数为完整的眼镜框，或是运动护目镜一类产品；但在追求个性化的今天，眼镜作为佩戴面部的产品往往是人们追求个性化的首要目标。本发明提出的眼镜腿与镜框可拆卸式连接，连接处为标准化配件，可与目前市面上多数眼镜相匹配，这样用户在无需更换眼镜的前提下即可使用智能设备带来的便利。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。