基于物聯(lián)網(wǎng)的觀光車監(jiān)管數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)設(shè)計與研究

摘 要：為解決非公路用旅游觀光車作業(yè)人員無證操作、超速、疲勞駕駛等問題，實現(xiàn)對觀光車的有效監(jiān)管，文中設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)的觀光車監(jiān)管數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)。系統(tǒng)采用各種傳感器設(shè)備、GPS定位技術(shù)及無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實現(xiàn)對觀光車運行狀態(tài)、GPS數(shù)據(jù)和安全數(shù)據(jù)的實時采集，并通過MQTT協(xié)議傳輸給云服務(wù)器。同時，還搭建了觀光車“物聯(lián)網(wǎng)+監(jiān)管”云服務(wù)管理平臺，并通過RESTful API對采集的數(shù)據(jù)進行整合、分析和展示。實踐證明，系統(tǒng)具有較高的準確性和穩(wěn)定性，能夠?qū)崿F(xiàn)觀光車監(jiān)管數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控、采集和傳輸，并識別觀光車的運營狀態(tài)，對異常駕駛行為進行預(yù)警管理，有助于提升觀光車運營的安全性和服務(wù)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；觀光車監(jiān)管；實時采集；實時監(jiān)控；MQTT；RESTful API

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）06-00-04

0 引 言

旅游觀光車作為一種重要的旅游交通工具，受到了越來越多的關(guān)注。近年來，新疆各旅游景區(qū)和游樂場所大力發(fā)展觀光車旅游，截至2023年5月27日，新疆共有在用非公路用旅游觀光車1 070輛。旅游觀光車的安全和服務(wù)質(zhì)量一直是廣大游客所關(guān)心的問題，而如何加強對觀光車的監(jiān)管和管理，保障游客的安全和權(quán)益是發(fā)展旅游經(jīng)濟的重點。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用為觀光車監(jiān)管和數(shù)據(jù)管理提供了新的解決方案。許多研究人員致力于應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)車載數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸，以提高交通運輸?shù)陌踩?、效率和舒適度。在這些研究中，研究人員通過使用不同的技術(shù)和傳輸協(xié)議，解決了不同領(lǐng)域的車載物聯(lián)網(wǎng)問題。例如，宋亞儒[1]使用LoRa技術(shù)，設(shè)計了一種基于貨運列車制動監(jiān)測的系統(tǒng)；李萌[2]設(shè)計了基于NB-IoT的冷鏈物流監(jiān)控系統(tǒng)，可實時監(jiān)測溫度、濕度和GPS位置等信息；郭政良[3]和李克奇[4]設(shè)計與實現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)的叉車安全監(jiān)管系統(tǒng)和叉車設(shè)備遠程監(jiān)管平臺，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的叉車安全監(jiān)管系統(tǒng)的整體方案；鄒方勇和李玉亮[5]則針對消防車輛的特殊要求，研究了基于物聯(lián)網(wǎng)的消防車輛現(xiàn)場信息監(jiān)控管理系統(tǒng)；張馨月[6]則以物聯(lián)網(wǎng)平臺為基礎(chǔ)實現(xiàn)了車輛監(jiān)管系統(tǒng)的自動化監(jiān)控和管理；余楊[7]也在研究中將GPS定位和ZETA物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到了露天礦場車輛監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計中；王一兵[8]介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能車輛管理系統(tǒng)、營運車輛運輸過程監(jiān)管及安全檢驗中的應(yīng)用；王小燕、胡靜波、馮海林等人[9]則介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的機動工業(yè)車輛安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用方面的研究工作；方明[10]則在其研究中，設(shè)計與實現(xiàn)了堆垛叉車安全監(jiān)控管理系統(tǒng)。綜上所述，車載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用極大地提升了交通運輸行業(yè)的安全性和效率，其應(yīng)用前景廣闊，但也有許多需要進一步研究和探索的問題。文中借鑒以上學(xué)者的研究思路，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)探索對觀光車的運行情況、車輛狀態(tài)等信息進行實時監(jiān)測和記錄，實現(xiàn)對觀光車監(jiān)管數(shù)據(jù)的實時采集及傳輸，最終達到有效提高觀光車安全性、服務(wù)質(zhì)量和輔助監(jiān)管執(zhí)法的目的。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案

為與現(xiàn)有在用的新疆特種設(shè)備智慧監(jiān)管系統(tǒng)實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)無縫對接，觀光車監(jiān)管系統(tǒng)采用軟件平臺搭載車載物聯(lián)網(wǎng)裝置的方式實現(xiàn)，其中軟件平臺主要由“智慧監(jiān)管系統(tǒng)改造”“觀光車監(jiān)管系統(tǒng)-使用單位”和“觀光車監(jiān)管系統(tǒng)-監(jiān)管部門”3部分組成；車載物聯(lián)網(wǎng)裝置主要實現(xiàn)對監(jiān)管數(shù)據(jù)的采集和傳輸。具體設(shè)計技術(shù)方案如下：

（1）觀光車車載物聯(lián)網(wǎng)裝置：每套物聯(lián)網(wǎng)裝置由1部物聯(lián)網(wǎng)終端和3部監(jiān)控相機組成，其中物聯(lián)網(wǎng)終端主要包括傳感器、控制器、GPS定位、通信模塊等，通過傳感器采集車輛運行狀態(tài)、駕駛員行為、車輛線路偏移等數(shù)據(jù)，通過GPS定位獲取車輛位置和速度等信息，通過通信模塊將采集的數(shù)據(jù)傳輸至云端；3部監(jiān)控攝像機分別對作業(yè)人員、車內(nèi)乘客及車輛前方圖像進行實時采集。

（2）政務(wù)云平臺：利用華為云計算技術(shù)（包括物聯(lián)網(wǎng)云平臺、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析等）接收設(shè)備端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并存儲，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對數(shù)據(jù)進行匯總、分析和建模等，提供統(tǒng)計分析和預(yù)測性分析功能。

（3）通信網(wǎng)絡(luò)：采用4G無線通信網(wǎng)絡(luò)，確保數(shù)據(jù)的及時傳輸和實時監(jiān)控。

（4）應(yīng)用端：采用B/S模式，包括使用單位、監(jiān)管單位兩種不同角色，為使用單位提供觀光車作業(yè)人員人臉識別管理、作業(yè)人員管理、主動安全系統(tǒng)監(jiān)測、電子圍欄管理、車載終端管理等功能以及告警記錄、教育培訓(xùn)記錄等，有效預(yù)警管控，輔助應(yīng)急處置；為監(jiān)管單位提供對觀光車作業(yè)人員和乘客實時監(jiān)控、車輛線路偏移、報警管理、教育培訓(xùn)記錄以及歷史報警記錄查詢等功能。

2 系統(tǒng)主要功能

2.1 駕駛?cè)藛T識別

（1）在智慧監(jiān)管系統(tǒng)中完善非公路用旅游觀光車輛作業(yè)人員相關(guān)功能。

（2）物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備具備人臉識別、實時通信功能，與車輛綁定的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備編號作為唯一標志。

（3）使用單位在智慧監(jiān)管系統(tǒng)錄入本單位聘用持觀光車和觀光列車司機（N2）特種設(shè)備作業(yè)人員證書信息。

（4）使用單位在觀光車監(jiān)管系統(tǒng)錄入本單位聘用持觀光車和觀光列車司機（N2）特種設(shè)備作業(yè)人員人臉信息。

（5）駕駛?cè)藛T作業(yè)過程中，物聯(lián)網(wǎng)裝置進行人臉識別并實時自動比對判斷。首次比對成功，播報簡短安全提示語音；若比對不成功，播報簡短告警語音，并向觀光車監(jiān)管系統(tǒng)上報。觀光車監(jiān)管系統(tǒng)向使用單位的特種設(shè)備安全管理人員定期（可配置）發(fā)送提示短信。

（6）觀光車監(jiān)管系統(tǒng)自動記錄人臉識別時間、駕駛?cè)藛T信息、車輛啟動與否。記錄信息保存1年。

2.2 車輛運行速度監(jiān)控

（1）物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備具備實時監(jiān)測車輛運行速度的功能。

（2）車輛運行時，物聯(lián)網(wǎng)裝置實時進行是否超速運行的判斷。若車輛超速，向駕駛?cè)藛T播報簡短提示語音，向觀光車監(jiān)管系統(tǒng)上傳車輛速度信息。觀光車監(jiān)管系統(tǒng)向使用單位的特種設(shè)備安全管理人員定期（可配置）發(fā)送提示短信。

（3）觀光車監(jiān)管系統(tǒng)自動記錄車輛超速運行的起始和結(jié)束時間、超速運行速度、超速運行駕駛?cè)藛T。記錄信息保存1年。

2.3 車輛運行路線監(jiān)控

（1）在觀光車監(jiān)管系統(tǒng)中對非公路用旅游觀光車輛增加行駛路線圖項目。

（2）物聯(lián)網(wǎng)裝置具備實時監(jiān)測車輛位置功能。

（3）使用單位在觀光車監(jiān)管系統(tǒng)錄入本單位車輛觀光車和觀光車行駛路線圖，車與行駛路線一一對應(yīng)（該行駛路線圖應(yīng)經(jīng)檢驗機構(gòu)確認）。

（4）行駛路線圖向?qū)?yīng)車輛的物聯(lián)網(wǎng)裝置下發(fā)。

（5）車輛行駛時，物聯(lián)網(wǎng)裝置實時進行是否偏離行駛路線判斷。若偏離行駛路線，向駕駛?cè)藛T播報簡短提示語音，向觀光車監(jiān)管系統(tǒng)上傳車輛偏離軌跡信息。觀光車監(jiān)管系統(tǒng)向使用單位的特種設(shè)備安全管理人員定期（可配置）發(fā)送提示短信。

（6）觀光車監(jiān)管系統(tǒng)自動記錄車輛偏離行駛路線運行的起始和結(jié)束時間、偏離軌跡、偏離運行駕駛?cè)藛T。記錄信息保存1年。

2.4 駕駛?cè)藛T駕駛行為記錄

（1）車輛加裝的物聯(lián)網(wǎng)裝置能夠完整觀察到作業(yè)人員異常駕駛行為（抽煙、接打電話、鏡頭遮擋、閉眼、打哈欠、低頭）。

（2）車輛運行時，物聯(lián)網(wǎng)裝置實時自動識別作業(yè)人員異常駕駛行為，向觀光車監(jiān)管系統(tǒng)上傳作業(yè)人員異常駕駛行為信息。觀光車監(jiān)管系統(tǒng)向使用單位的特種設(shè)備安全管理人員定期（可配置）發(fā)送提示短信。

（3）智慧監(jiān)管系統(tǒng)自動記錄車輛駕駛?cè)藛T異常駕駛行為信息。記錄信息保存1年。

2.5 乘客行為記錄

（1）物聯(lián)網(wǎng)裝置能夠完整觀察到乘客行為。

（2）車輛運行時，觀光車監(jiān)管系統(tǒng)能夠獲取物聯(lián)網(wǎng)裝置對應(yīng)的視頻流地址，并查看實時乘客行為視頻。

（3）觀光車監(jiān)管系統(tǒng)自動記錄乘客行為視頻。記錄保存1周。

2.6 車輛運行環(huán)境記錄

（1）物聯(lián)網(wǎng)裝置能夠觀察到車輛運行前向環(huán)境。

（2）車輛運行時，觀光車監(jiān)管系統(tǒng)能夠獲取物聯(lián)網(wǎng)裝置對應(yīng)的視頻流地址，并查看實時車輛運行前向視頻。

（3）觀光車監(jiān)管系統(tǒng)自動記錄車輛運行環(huán)境視頻。記錄保存1周。

2.7 加強駕駛?cè)藛T管理技術(shù)措施

（1）每年1月1日，智慧監(jiān)管系統(tǒng)自動對每本觀光車和觀光列車司機（N2）特種設(shè)備作業(yè)人員證賦分100分。初次領(lǐng)證時每本證書賦分100分，換證時自動延用原證書

分數(shù)。

（2）作業(yè)中出現(xiàn)超速、偏離行駛路線、異常駕駛（抽煙、接打電話、鏡頭遮擋、閉眼、打哈欠、低頭）等情況，監(jiān)察部門根據(jù)告警記錄進行手動扣分處置，扣分標準由監(jiān)察人員參考具體扣分辦法。

（3）證書分數(shù)低于60分時，使用單位應(yīng)對駕駛?cè)藛T開展安全教育和技能培訓(xùn)，并將相關(guān)記錄錄入智慧監(jiān)管系統(tǒng)。

（4）證書分數(shù)低于60分時，駕駛?cè)藛T應(yīng)到相關(guān)培訓(xùn)機構(gòu)接受教育，并經(jīng)場（廠）內(nèi)專用機動車輛司機理論考試合格后，方可繼續(xù)駕駛車輛。

3 系統(tǒng)主要流程

3.1 作業(yè)人員登記、人臉認證流程

（1）物聯(lián)網(wǎng)終端接入監(jiān)控相機，進行作業(yè)人員行為識別，認證流程復(fù)用監(jiān)控相機設(shè)備進行人臉識別認證。

（2）使用單位進行作業(yè)人員人臉信息錄入。

（3）作業(yè)人員人臉認證失敗不阻斷人員對車輛的控制，但是對操作進行記錄。

（4）人臉認證失敗告警不實時通知，定期（每天）匯總通知使用單位自查，同時監(jiān)察部門可將認證失敗記錄作為對使用單位的處罰依據(jù)。

3.2 車輛運行速度、運行線路設(shè)置與監(jiān)控流程

（1）觀光車對應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)終端默認限速30 km/h，觀光火車對應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)終端默認限速20 km/h。

（2）使用單位進行行駛路線設(shè)置（電子圍欄設(shè)置），車輛與行駛路線綁定。

（3）超速或偏離行駛路線告警不向使用單位實時通知，定期（每天）匯總通知使用單位自查，同時監(jiān)察部門可將告警記錄作為對使用單位的處罰依據(jù)。

3.3 實時/歷史狀態(tài)查看及告警處置流程

（1）乘客行為及車輛運行環(huán)境無自動識別檢測項，通過實時/歷史視頻播放查看。

（2）可回看的歷史視頻時長與車載智能終端的存儲卡容量相關(guān)。

3.4 告警及處罰流程

（1）監(jiān)察部門通過查看告警記錄手動扣分。

（2）告警信息可通過視頻回看。

（3）證書分過低時需完成理論考試。

（4）若對扣分有異議，復(fù)議等流程需線下進行，流程完成后由自治區(qū)監(jiān)察部門決定是否修改處罰信息。

（5）異常駕駛行為告警類型：抽煙、接打電話、鏡頭遮擋、閉眼、打哈欠、低頭。

4 數(shù)據(jù)采集及傳輸規(guī)范

本系統(tǒng)主要通過各種傳感器和設(shè)備采集車輛的運行狀態(tài)、GPS數(shù)據(jù)和安全數(shù)據(jù)等信息，同時通過約定的協(xié)議將采集的數(shù)據(jù)從車輛傳輸?shù)椒?wù)器或其他設(shè)備。

4.1 數(shù)據(jù)采集頻率

數(shù)據(jù)采集頻率根據(jù)數(shù)據(jù)類型和實際需求設(shè)定：

（1）車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)（包括啟停等）：每5 s采集一次數(shù)據(jù)，可在狀態(tài)發(fā)生變化時上報，以確保數(shù)據(jù)的實時性和準確性。

（2）GPS數(shù)據(jù)：GPS數(shù)據(jù)用于實時追蹤車輛的地理位置，建議每10 s采集一次數(shù)據(jù)，以保證對車輛位置的準確跟蹤。

（3）安全數(shù)據(jù)：包括異常駕駛行為、碰撞檢測等，發(fā)生頻率不高，一旦發(fā)生異常，應(yīng)立即采集，識別后進行實時采集。

4.2 采集設(shè)備及傳感器要求

采集設(shè)備應(yīng)具備足夠的處理能力和存儲空間，以滿足數(shù)據(jù)采集、處理和存儲的需求。設(shè)備應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，能在各種環(huán)境條件下正常工作。

（1）GPS傳感器：GPS傳感器應(yīng)能提供高精度的位置信息，精度達到±5 m。傳感器能在各種天氣條件下正常工作。

（2）車輛狀態(tài)傳感器：車輛狀態(tài)傳感器需準確測量和報告車輛啟停等信息。傳感器應(yīng)具有抗干擾能力，能在各種環(huán)境條件下提供穩(wěn)定、準確的數(shù)據(jù)。

（3）安全數(shù)據(jù)傳感器：安全傳感器需具備較高識別準確度，能夠識別異常駕駛行為、碰撞檢測等，在不同場景下，識別準確度應(yīng)高于90%。

4.3 數(shù)據(jù)質(zhì)量要求

車載物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集及傳輸過程中，數(shù)據(jù)質(zhì)量應(yīng)該滿足以下要求：

（1）準確性：所有采集和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須真實準確，無誤導(dǎo)性和歧義性信息。

（2）完整性：數(shù)據(jù)必須完整無遺漏，包括所有車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、車輛使用數(shù)據(jù)和安全數(shù)據(jù)。

（3）及時性：數(shù)據(jù)采集和傳輸應(yīng)實時或根據(jù)規(guī)定的采集頻率進行，確保數(shù)據(jù)的時效性，能反映車輛的實時狀態(tài)。

（4）一致性：數(shù)據(jù)格式和單位應(yīng)保持一致，以確保數(shù)據(jù)的可讀性和可解釋性。所有時間戳應(yīng)按ISO 8601標準表示，所有距離數(shù)據(jù)應(yīng)以m為單位。

（5）可追溯性：所有數(shù)據(jù)可追溯其來源，包括采集設(shè)備、傳感器和時間等。

（6）數(shù)據(jù)保護：所有數(shù)據(jù)應(yīng)進行適當保護，防止數(shù)據(jù)丟失、泄露和非法訪問。

4.4 數(shù)據(jù)傳輸要求

車載物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)據(jù)采集后通過MQTT協(xié)議傳輸給服務(wù)端，服務(wù)端通過RESTful API向應(yīng)用提供數(shù)據(jù)查詢服務(wù)。車載物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸如圖1所示。

（1）物聯(lián)網(wǎng)終端-服務(wù)端之間的數(shù)據(jù)傳輸

物聯(lián)網(wǎng)終端與服務(wù)端之間的數(shù)據(jù)傳輸采用MQTT協(xié)議，MQTT協(xié)議使用TLS/SSL加密以保護數(shù)據(jù)的安全性；在使用MQTT協(xié)議時，應(yīng)選擇適當?shù)姆?wù)質(zhì)量等級（QoS）。例如，對于實時性要求高但容忍少量數(shù)據(jù)丟失的數(shù)據(jù)，選擇QoS等級1；對于需要確保不丟失的數(shù)據(jù)，應(yīng)選擇QoS等級2。

MQTT的Topic按照命名規(guī)則進行組織，以方便數(shù)據(jù)的分類和訂閱：{vehicleId}/{dataType}，其中，{vehicleId}是車輛的唯一標識，{dataType}是數(shù)據(jù)類型。車輛狀態(tài)數(shù)據(jù)：vehicleStatus；GPS數(shù)據(jù)：gps；車輛使用數(shù)據(jù)：vehicleUsage；車輛安全數(shù)據(jù)：vehicleSafty。

（2）服務(wù)端-應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)傳輸

對于各應(yīng)用向服務(wù)端請求數(shù)據(jù)查詢，采用RESTful API傳輸。RESTful API基于HTTP/HTTPS協(xié)議，遵循標準的HTTP方法（如GET、POST、PUT、DELETE）和狀態(tài)碼。RESTful API的URL按照以下命名規(guī)則，以方便數(shù)據(jù)的訪問和管理：/vehicles/{vehicleId}/{dataType}（{vehicleId}是車輛的唯一標識，{dataType}是數(shù)據(jù)類型）

5 結(jié) 語

觀光車監(jiān)管數(shù)據(jù)采集及傳輸系統(tǒng)部署在云端，采用現(xiàn)代車載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過4G無線通信網(wǎng)絡(luò)將使用單位運營的觀光車輛和監(jiān)管中心連接起來；通過傳感器和GPS定位技術(shù)，實現(xiàn)對觀光車運營情況的實時遠程監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)管中心。

文中選定烏魯木齊及周邊景區(qū)某非公路用旅游觀光車輛使用單位進行試點，初步部署了36套車載物聯(lián)網(wǎng)裝置，應(yīng)用效果顯著，主要體現(xiàn)在以下4個方面：

（1）有效解決了駕駛?cè)藛T無證駕駛行為。通過車載物聯(lián)網(wǎng)裝置與人臉信息融合，實現(xiàn)對作業(yè)人員身份驗證的功能，無證作業(yè)人員無法啟動車輛，從而杜絕了無證駕駛行為的

發(fā)生。

（2）有效輔助作業(yè)人員安全駕駛，提高了觀光車運營的安全性。通過監(jiān)測觀光車的車輛營運狀態(tài)、速度、位置和行駛路線等數(shù)據(jù)，可以及時發(fā)現(xiàn)并處理超速、超載、偏離行駛路線等違規(guī)行為，對安全隱患進行識別并告警（比如行車過程智能提醒、身份識別提醒、不文明駕駛提醒、疲勞駕駛提醒等），杜絕安全隱患。

（3）可為基層執(zhí)法人員提供執(zhí)法數(shù)據(jù)支撐。新疆觀光車大多在景區(qū)和游樂場所，分布比較分散，加之基層監(jiān)管力量薄弱，監(jiān)管成本高且效率低下。該系統(tǒng)可實現(xiàn)同時對多輛觀光車的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，極大降低了監(jiān)管成本，提高了監(jiān)管效率。通過音視頻實時監(jiān)控存儲，有效監(jiān)督司機和乘客行為，輔助事故取證或服務(wù)糾紛處理。

（4）提高了景區(qū)形象和服務(wù)質(zhì)量。觀光車作為景區(qū)的代表性旅游工具，其安全和服務(wù)質(zhì)量直接影響游客對景區(qū)的評價。通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，可以提升景區(qū)旅游管理和運營的信息化和智能化水平，為游客提供更加安全和優(yōu)質(zhì)的觀光車服務(wù)，促進旅游業(yè)轉(zhuǎn)型升級，極大提升了景區(qū)的形象和吸引力。

注：本文通訊作者為范效禮。

參考文獻

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基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)市場監(jiān)管局科技計劃一般項目（S2023172064）

作者簡介：時亞南（1988—），男，碩士，高級工程師，主要從事特種設(shè)備信息化及智能化方面研究。

范效禮（1985—），男，碩士，高級工程師，主要從事特種設(shè)備檢驗及安全評估方面工作。