流媒体直播技术在卫河治理工程中的应用

任天翔，李 超

（1.漳卫南运河卫河河务局，河南 濮阳 457000；2.漳卫南运河南皮河务局，河北 沧州 061000）

2021年2 月23 日，卫河干流（淇门—徐万仓）治理工程建设管理局（以下简称卫河建管局）成立，为卫河干流（淇门—徐万仓）治理工程（以下简称卫河治理工程）项目法人。卫河治理工程位于卫河干流淇门至徐万仓段及共产主义渠淇门至老观嘴段，涉及三省六市十县，分别是河南省新乡市的卫辉市，鹤壁市的浚县，安阳市的滑县、汤阴县、内黄县，濮阳市的清丰县、南乐县，河北省邯郸市的魏县、大名县，山东省聊城市的冠县。卫河治理工程主要建设内容为河道清淤2 段，长60.64 km；加培堤防100.12 km，加固堤防7.06 km，新筑堤防0.78 km；新筑马头村围村埝2.9 km；治理险工68 处，总长17.57 km；新建水闸（堰）10 座；修建穿堤建筑物445 座；修建桥梁6 座；修建堤顶道路沥青混凝土路面291.37 km；修建上堤坡道430 条、长21.5 km。卫河治理工程批复概算投资107528 万元，施工总工期36 个月。卫河治理工程是国家150 项重大水利工程之一，也是漳卫南运河管理局（以下简称漳卫南局）成立以来规模最大的投资项目。项目呈现工程分散、点多、面广、线长的总体布局，为建设管理带来一定的难度，所以卫河建管局加强组织领导，认清管理形势，合理科学规划，重点推进信息化管理模式，采用最新的互联网技术来为工程建设管理工作添砖加瓦。流媒体直播技术广泛应用于互联网产业中，具有便捷、直观、高效的技术优势，不断向各行各业渗透融合，常见于视频会议、远程医疗、线上培训、演出活动、电商直播等场景，在水利工程领域并不多见，但可作为水利工程建设管理信息化手段的一种探索和尝试，尤其是在时效性要求十分紧急的洪水应急响应期间，此技术可作为防汛应急抢险和防洪调度指挥的有力支撑。

1 流媒体直播技术简介

流媒体指的是媒体提供方编码、压缩和分发媒体流（相关的数据包），终端用户不断地获取、解码并播放媒体的一种媒体传输方式。而流媒体直播则是在互联网上利用RTMP（实时消息传输）协议或者HLS（HTTP 直播流技术）技术，在Flash/AIR 平台、支持RTMP 协议的流媒体/交互服务器或Apple 终端之间进行音视频和数据通信。作为互联网用户，我们通常在网络上看到的直播基本建立在流媒体直播技术的基础上，比如视频监控、视频会议、线上教育培训、网络聊天室、短视频直播、电商直播等等。目前，移动手机Web端以HLS技术为主，而PC端则以RTMP协议为主，其中RTMP 协议的直播实时性比HLS 技术要好［1］。流媒体直播技术原理，如图1所示。

图1 流媒体直播技术原理

2 不同直播技术的比较分析

在直播技术的发展历程中，离不开互联网技术的迭代更新，也离不开通信行业信息传输的不断升级。随着2009年通信行业3G（即第三代移动通信系统）技术在中国的出现并迅速全面发展，然后4G、5G 技术又快速的兴起和普及，这才让网络视频直播进入寻常百姓家。过去，实况直播是广播电视的专属名词，并且需要依靠一辆辆实况转播汽车或者一个个移动卫星站来实现，需要耗费大量成本。尤其是对于水利系统而言，水利工程往往都位于荒郊野外，位置十分偏僻，想要实现工程一线实况直播并非易事。移动互联网在4G 通信技术的基础上显著提升了通信速度，并且基本做到了市县乡村的全覆盖，让用户有了更佳的使用体验，便于人们在智能手机上对视频、音乐、图片等耗费大流量的内容进行观看和分享。直到此时，视频直播依靠4G移动互联网的全面普及才能以各种不同的形式走进大众视野，这也让水利工程建设管理工作有了更多的信息化管理手段。

2.1 传统电视实况转播技术

一般来说，传统电视直播系统包括信号的采集、处理、发射、传输、接收以及还原这6 个环节。图像与声音信号的采集任务是靠摄像机来完成的。摄像机是一种把光学图像以及声音转变为电信号的装置。它通过镜头实时捕捉到现场画面的光学图像，再通过其内部的光电转换系统和视频处理电路，输出符合传输规范的电信号。同时，声音信号也通过麦克风转换为另一路电信号输出。随后，摄像机输出的视频、音频信号会被传送到电视台或电视转播车，并经过相应的信号处理，由系统加载到微波信号上。这个微波信号再通过电缆传送到发射塔上，并通过天线发射到四面八方。由于微波是以光速传播的，微波信号传播上百千米的距离几乎是一瞬间的事情，所以电视机接收到的微波信号几乎是没有延时的。电视机内的电路将视频和音频信号从微波信号上解调出来，分别由显示器和扬声器播出，这样就可以足不出户地观看实况转播了。

电视直播技术也在不断进步。在信号的发射传输环节，由于通过电视塔发射信号的传统方式覆盖范围非常有限，且信号受天气影响较大，如今越来越普遍地采用卫星中继传输、光缆传输等方式，将信号传送到各城市的地面接收中心，经该中心处理后，再通过电缆传送到千家万户。不过无论是微波传输、卫星传输还是光缆传输，此转播技术都需要依靠大量的人力物力，适合电视台等专业机构，离普通百姓的实际应用还相距甚远［2］。

在海委系统，2019年5 月的漳卫河系防洪调度演练中三十里铺工程抢险环节的实况直播就是通过移动卫星车利用卫星作为传输介质来实现的。

2.2 移动卫星便携站系统

2017年5 月，漳卫南局系统接收水利部信息中心发放的移动卫星便携站后，才得以实现单兵在水利工程一线进行实况直播，但实际使用起来是极其复杂而繁琐的一项系统工程。若只是实现打电话等通信业务，该便携站十分便捷，但实现实况直播则其工作原理与上述电视台直播大致相同，在此不再赘述。不同的是传播途径还得依靠卫星便携站将信号传送至水利部信息中心的卫星主站，并且每次使用都需要向水利部信息中心报备，获取某一信道的权限。另外水利部的卫星资源也十分珍贵，供全国水利系统的单位机构使用，带宽紧张，往往导致视频画面卡顿的现象。再加上前线采集影像时携带设备太多，普通轿车都装不下，所以一个人根本无法独立操作，使用起来十分不便。但其优点在于在气候恶劣时期可作为独立的应急通信手段。2018年汛期，卫星便携站系统成功应对台风“摩羯”Ⅳ级应急响应，在漳河上游观台水文站自有通信设施中断、成为信息孤岛的紧急情况下保障了水文信息的有效传达，为防汛指挥调度提供了决策支持。

2.3 视频会议直播技术

视频会议经历了模拟视频会议、数字视频会议和国际统一标准的数字视频会议3 个阶段。互联网技术的发展是数字视频会议的基础，但移动互联网时代之前的视频会议都是依靠专业视频会议系统如泰德、华为视频系统，此类系统只适合在单位机构内部的大型会议室进行远程会议和讲座直播等。移动互联网的迅速发展又为视频会议的使用增添了大量的场景，4G 智能手机成为大众普遍使用的通信工具，并依靠手机视频会议App 实现了随时随地进行视频会议、远程医疗、在线教育、电商直播等各种类型的直播。云视频会议则是利用移动互联网和互联网互联互通的特性，让使用端得到了极大的丰富，如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式PC还有传统的会议室视频系统［3］。尤其是智能手机的简单性和操作的便捷性，是上述2个系统无法比拟的，它依靠4G 和5G 技术具有通信速度快、传输效率高、兼容性强、智能化等优势。智能手机的摄像功能虽然在不断进步，但与专业的摄像机相比还是差了一些，在传统微波、卫星需要依靠大量设备设施的比较中，此系统还是更利于大众普及。在近几年疫情大背景下，云视频会议的使用规模得到了爆发式的增长，用户数量基本覆盖全国移动互联网用户，达到10亿级别。

在漳卫南局系统近1 a 的远程直播中，将云视频会议软件与会议室视频会议系统有效地进行了结合，再加上使用无人机作为前线影像采集的工具，实现了图像的实时回传。其实现的本质就是依托云视频会议软件，例如国内的腾讯会议、小鱼易连、钉钉、微信等，国外的Skype、Zoom 等，将视频采集输入端由移动手机扩大到摄像机、无人机等，视频的采集范围扩大，可拍摄的内容范围也同时增多。尤其是利用HDMI 数据线将无人机操作手柄与笔记本相连接，将无人机采集的前线视频影像通过笔记本电脑视频会议软件传入视频会议中，这时远端即可观看无人机摄像头所拍摄的画面，十分便于水利系统的应用。此系统的缺点是，必须依靠笔记本电脑的视频会议软件，因为此时的无人机只是作为视频采集的工具，就像远端的眼睛，大脑还是在笔记本电脑上面。

2.4 流媒体直播技术

通俗地理解，流媒体直播分为视频采集端（主播）、视频播放端（观众）和视频服务器端三部分。通常在网络上使用的所有直播形式，其底层逻辑都是流媒体直播技术，在采集端和播放端的使用方法与视频会议直播接近，不同的是，它不依托视频会议软件，可在流服务器上同时接收视频源和发送视频流，在网页浏览器中直接生成并在互联网中分享观看。在任何直播网页或软件中只要获取服务器地址即RTMP 推流地址，复制用于采集端后，即可在播放端看到所推送的视频直播。此技术的优势既包括上述视频会议直播的全部优点，又可以节省前线的设备成本，不需要依靠笔记本电脑与无人机手柄HDMI 直连，省却了携带笔记本和调试视频会议软件的麻烦。

2.5 不同直播技术的优劣比较

不同的直播技术都是时代的产物，由模拟到数字，由微波到卫星到光缆，由互联网到移动互联网，由1G到4G、5G。随着信息技术的不断迭代更替，技术的更新都是朝着成本更低、操作更简易、应用更广泛的方向发展，使社会的运转更高效、物资的流通更迅速、人民的生活更美好。以上不同直播技术的比较，详见表1。

表1 直播技术优劣比较

3 流媒体直播技术在卫河治理工程的实践应用

以卫河建管局采用的大疆Air 2S 无人机为例，需要用到的采集端只有无人机，而且无人机也是最适合水利工程一线影像采集的摄影工具。传输端依靠的是移动互联网4G 或5G，目前中国通信行业基本上实现了所有行政村移动4G 网络信号全覆盖。传输服务器可使用目前一切主流的直播平台，如B站（哔哩哔哩）、微信视频号、腾讯直播、抖音、快手、斗鱼等，下面以B 站为例。播放端用的是卫河建管局会议室的海信网络电视，也可以使用笔记本电脑或台式电脑，下面以笔记本电脑为例。

3.1 应用方法

首先在播放端获取直播平台的流媒体推流地址，通过4G 网络发送到采集端无人机的智能手柄上。通过操作手柄中的DJI Fly 飞行软件进入无人机启动界面，启动无人机飞向拍摄目标，到达后悬停。在图传系统界面选择直播平台功能和RTMP 直播方式，进入后粘贴RTMP 直播地址，选择合适的分辨率和码率点击开始即启动直播。最后在会议室里即可通过笔记本电脑或网络电视等显示设备观看工程一线的实时直播情况［4］。

3.2 实践探索

2022年5 月26 日，卫河建管局在盐土庄节制闸工程现场组织开展了防汛应急演练活动，滑县驻地会议室设视频调度会场，局领导坐镇调度会场观摩指挥演练活动，前线工作人员采用视频会议直播和流媒体直播技术同时保障信息传输的稳定性和可靠性，这也是整个漳卫南局系统首次使用流媒体直播技术。漳卫南局信息中心通过笔记本电脑的视频会议软件将摄像机和无人机作为视频采集端，卫河建管局使用流媒体直播技术将无人机作为备用以保障防汛演练现场画面正常传送至调度会场，双方通过合作圆满地完成此次防汛应急演练的实况直播。

3.3 应用推广

流媒体直播技术在水利工程建设管理中的应用不仅仅体现在防汛演练活动的实况直播上，而且在日常安全检查、汛期防汛检查、上级线上视频稽查、防汛调度会商等场景均可利用无人机依托流媒体直播技术及时了解工程一线情况，达到有效辅助防汛调度的目的。尤其是在洪水泛滥阻断交通的极端情况下，采用无人机远程飞行实时直播工程建设施工现场的真实情况，传送至卫河建管局甚至海委会商决策室，对于工程建设管理人员而言，这是极为重要的极端应急手段。

3.4 应用前景分析

由于水利工程地理位置偏僻、建设周期长、工程量大，加上资源的不可逆性，所以其建设管理工作是一项长期、艰巨且复杂的任务。随着互联网技术的不断发展，针对水利系统的信息化管理方式也在不断进步，虽然目前的信息化程度整体相对滞后，但水利工作者也可以活学活用，将好的信息技术通过研究尝试，应用在水利工程上，不断提高水利工程信息化管理水平。

4 结语

2022年初，水利部印发了《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》《“十四五”期间推进智慧水利建设实施方案》，还同步印发了《智慧水利建设顶层设计》《“十四五”智慧水利建设规划》等一系列文件，明确了推进智慧水利建设的时间表、路线图、任务书、责任单。按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”要求，以数字化、网络化、智能化为主线，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，以构建数字孪生流域为核心，全面推进算据、算法、算力建设，加快构建具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系，将中国的水利事业信息化发展推向新的未来［5］。

像流媒体直播技术等先进前沿的互联网技术，其实在互联网产业中早已普及，但在水利工程建设管理领域中还亟待推广。卫河建管局管理的卫河治理工程项目自上而下河道全长近200 km，具有工程种类多、战线长、范围广、布局散的特点，所以工程建设管理难度很大。卫河建管局为了不断提升管理效率、提高工程建设管理信息化水平，建立了工程建设管理数字化技术专项管理工作体系，成立了数字化技术专项工作组，不断学习和采用便捷高效的信息化技术来为工程建设管理高质量发展服务。相信在不远的万物互联的5G时代，还有一大批新型信息化技术会在水利工程建设管理中推广应用。