流媒體直播技術在衛(wèi)河治理工程中的應用

任天翔，李 超

（1.漳衛(wèi)南運河衛(wèi)河河務局，河南 濮陽 457000；2.漳衛(wèi)南運河南皮河務局，河北 滄州 061000）

2021年2 月23 日，衛(wèi)河干流（淇門—徐萬倉）治理工程建設管理局（以下簡稱衛(wèi)河建管局）成立，為衛(wèi)河干流（淇門—徐萬倉）治理工程（以下簡稱衛(wèi)河治理工程）項目法人。衛(wèi)河治理工程位于衛(wèi)河干流淇門至徐萬倉段及共產(chǎn)主義渠淇門至老觀嘴段，涉及三省六市十縣，分別是河南省新鄉(xiāng)市的衛(wèi)輝市，鶴壁市的?？h，安陽市的滑縣、湯陰縣、內(nèi)黃縣，濮陽市的清豐縣、南樂縣，河北省邯鄲市的魏縣、大名縣，山東省聊城市的冠縣。衛(wèi)河治理工程主要建設內(nèi)容為河道清淤2 段，長60.64 km；加培堤防100.12 km，加固堤防7.06 km，新筑堤防0.78 km；新筑馬頭村圍村埝2.9 km；治理險工68 處，總長17.57 km；新建水閘（堰）10 座；修建穿堤建筑物445 座；修建橋梁6 座；修建堤頂?shù)缆窞r青混凝土路面291.37 km；修建上堤坡道430 條、長21.5 km。衛(wèi)河治理工程批復概算投資107528 萬元，施工總工期36 個月。衛(wèi)河治理工程是國家150 項重大水利工程之一，也是漳衛(wèi)南運河管理局（以下簡稱漳衛(wèi)南局）成立以來規(guī)模最大的投資項目。項目呈現(xiàn)工程分散、點多、面廣、線長的總體布局，為建設管理帶來一定的難度，所以衛(wèi)河建管局加強組織領導，認清管理形勢，合理科學規(guī)劃，重點推進信息化管理模式，采用最新的互聯(lián)網(wǎng)技術來為工程建設管理工作添磚加瓦。流媒體直播技術廣泛應用于互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中，具有便捷、直觀、高效的技術優(yōu)勢，不斷向各行各業(yè)滲透融合，常見于視頻會議、遠程醫(yī)療、線上培訓、演出活動、電商直播等場景，在水利工程領域并不多見，但可作為水利工程建設管理信息化手段的一種探索和嘗試，尤其是在時效性要求十分緊急的洪水應急響應期間，此技術可作為防汛應急搶險和防洪調(diào)度指揮的有力支撐。

1 流媒體直播技術簡介

流媒體指的是媒體提供方編碼、壓縮和分發(fā)媒體流（相關的數(shù)據(jù)包），終端用戶不斷地獲取、解碼并播放媒體的一種媒體傳輸方式。而流媒體直播則是在互聯(lián)網(wǎng)上利用RTMP（實時消息傳輸）協(xié)議或者HLS（HTTP 直播流技術）技術，在Flash/AIR 平臺、支持RTMP 協(xié)議的流媒體/交互服務器或Apple 終端之間進行音視頻和數(shù)據(jù)通信。作為互聯(lián)網(wǎng)用戶，我們通常在網(wǎng)絡上看到的直播基本建立在流媒體直播技術的基礎上，比如視頻監(jiān)控、視頻會議、線上教育培訓、網(wǎng)絡聊天室、短視頻直播、電商直播等等。目前，移動手機Web端以HLS技術為主，而PC端則以RTMP協(xié)議為主，其中RTMP 協(xié)議的直播實時性比HLS 技術要好［1］。流媒體直播技術原理，如圖1所示。

圖1 流媒體直播技術原理

2 不同直播技術的比較分析

在直播技術的發(fā)展歷程中，離不開互聯(lián)網(wǎng)技術的迭代更新，也離不開通信行業(yè)信息傳輸?shù)牟粩嗌?。隨著2009年通信行業(yè)3G（即第三代移動通信系統(tǒng)）技術在中國的出現(xiàn)并迅速全面發(fā)展，然后4G、5G 技術又快速的興起和普及，這才讓網(wǎng)絡視頻直播進入尋常百姓家。過去，實況直播是廣播電視的專屬名詞，并且需要依靠一輛輛實況轉(zhuǎn)播汽車或者一個個移動衛(wèi)星站來實現(xiàn)，需要耗費大量成本。尤其是對于水利系統(tǒng)而言，水利工程往往都位于荒郊野外，位置十分偏僻，想要實現(xiàn)工程一線實況直播并非易事。移動互聯(lián)網(wǎng)在4G 通信技術的基礎上顯著提升了通信速度，并且基本做到了市縣鄉(xiāng)村的全覆蓋，讓用戶有了更佳的使用體驗，便于人們在智能手機上對視頻、音樂、圖片等耗費大流量的內(nèi)容進行觀看和分享。直到此時，視頻直播依靠4G移動互聯(lián)網(wǎng)的全面普及才能以各種不同的形式走進大眾視野，這也讓水利工程建設管理工作有了更多的信息化管理手段。

2.1 傳統(tǒng)電視實況轉(zhuǎn)播技術

一般來說，傳統(tǒng)電視直播系統(tǒng)包括信號的采集、處理、發(fā)射、傳輸、接收以及還原這6 個環(huán)節(jié)。圖像與聲音信號的采集任務是靠攝像機來完成的。攝像機是一種把光學圖像以及聲音轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置。它通過鏡頭實時捕捉到現(xiàn)場畫面的光學圖像，再通過其內(nèi)部的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和視頻處理電路，輸出符合傳輸規(guī)范的電信號。同時，聲音信號也通過麥克風轉(zhuǎn)換為另一路電信號輸出。隨后，攝像機輸出的視頻、音頻信號會被傳送到電視臺或電視轉(zhuǎn)播車，并經(jīng)過相應的信號處理，由系統(tǒng)加載到微波信號上。這個微波信號再通過電纜傳送到發(fā)射塔上，并通過天線發(fā)射到四面八方。由于微波是以光速傳播的，微波信號傳播上百千米的距離幾乎是一瞬間的事情，所以電視機接收到的微波信號幾乎是沒有延時的。電視機內(nèi)的電路將視頻和音頻信號從微波信號上解調(diào)出來，分別由顯示器和揚聲器播出，這樣就可以足不出戶地觀看實況轉(zhuǎn)播了。

電視直播技術也在不斷進步。在信號的發(fā)射傳輸環(huán)節(jié)，由于通過電視塔發(fā)射信號的傳統(tǒng)方式覆蓋范圍非常有限，且信號受天氣影響較大，如今越來越普遍地采用衛(wèi)星中繼傳輸、光纜傳輸?shù)确绞?，將信號傳送到各城市的地面接收中心，?jīng)該中心處理后，再通過電纜傳送到千家萬戶。不過無論是微波傳輸、衛(wèi)星傳輸還是光纜傳輸，此轉(zhuǎn)播技術都需要依靠大量的人力物力，適合電視臺等專業(yè)機構，離普通百姓的實際應用還相距甚遠［2］。

在海委系統(tǒng)，2019年5 月的漳衛(wèi)河系防洪調(diào)度演練中三十里鋪工程搶險環(huán)節(jié)的實況直播就是通過移動衛(wèi)星車利用衛(wèi)星作為傳輸介質(zhì)來實現(xiàn)的。

2.2 移動衛(wèi)星便攜站系統(tǒng)

2017年5 月，漳衛(wèi)南局系統(tǒng)接收水利部信息中心發(fā)放的移動衛(wèi)星便攜站后，才得以實現(xiàn)單兵在水利工程一線進行實況直播，但實際使用起來是極其復雜而繁瑣的一項系統(tǒng)工程。若只是實現(xiàn)打電話等通信業(yè)務，該便攜站十分便捷，但實現(xiàn)實況直播則其工作原理與上述電視臺直播大致相同，在此不再贅述。不同的是傳播途徑還得依靠衛(wèi)星便攜站將信號傳送至水利部信息中心的衛(wèi)星主站，并且每次使用都需要向水利部信息中心報備，獲取某一信道的權限。另外水利部的衛(wèi)星資源也十分珍貴，供全國水利系統(tǒng)的單位機構使用，帶寬緊張，往往導致視頻畫面卡頓的現(xiàn)象。再加上前線采集影像時攜帶設備太多，普通轎車都裝不下，所以一個人根本無法獨立操作，使用起來十分不便。但其優(yōu)點在于在氣候惡劣時期可作為獨立的應急通信手段。2018年汛期，衛(wèi)星便攜站系統(tǒng)成功應對臺風“摩羯”Ⅳ級應急響應，在漳河上游觀臺水文站自有通信設施中斷、成為信息孤島的緊急情況下保障了水文信息的有效傳達，為防汛指揮調(diào)度提供了決策支持。

2.3 視頻會議直播技術

視頻會議經(jīng)歷了模擬視頻會議、數(shù)字視頻會議和國際統(tǒng)一標準的數(shù)字視頻會議3 個階段?；ヂ?lián)網(wǎng)技術的發(fā)展是數(shù)字視頻會議的基礎，但移動互聯(lián)網(wǎng)時代之前的視頻會議都是依靠專業(yè)視頻會議系統(tǒng)如泰德、華為視頻系統(tǒng)，此類系統(tǒng)只適合在單位機構內(nèi)部的大型會議室進行遠程會議和講座直播等。移動互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展又為視頻會議的使用增添了大量的場景，4G 智能手機成為大眾普遍使用的通信工具，并依靠手機視頻會議App 實現(xiàn)了隨時隨地進行視頻會議、遠程醫(yī)療、在線教育、電商直播等各種類型的直播。云視頻會議則是利用移動互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通的特性，讓使用端得到了極大的豐富，如智能手機、平板電腦、筆記本電腦、臺式PC還有傳統(tǒng)的會議室視頻系統(tǒng)［3］。尤其是智能手機的簡單性和操作的便捷性，是上述2個系統(tǒng)無法比擬的，它依靠4G 和5G 技術具有通信速度快、傳輸效率高、兼容性強、智能化等優(yōu)勢。智能手機的攝像功能雖然在不斷進步，但與專業(yè)的攝像機相比還是差了一些，在傳統(tǒng)微波、衛(wèi)星需要依靠大量設備設施的比較中，此系統(tǒng)還是更利于大眾普及。在近幾年疫情大背景下，云視頻會議的使用規(guī)模得到了爆發(fā)式的增長，用戶數(shù)量基本覆蓋全國移動互聯(lián)網(wǎng)用戶，達到10億級別。

在漳衛(wèi)南局系統(tǒng)近1 a 的遠程直播中，將云視頻會議軟件與會議室視頻會議系統(tǒng)有效地進行了結合，再加上使用無人機作為前線影像采集的工具，實現(xiàn)了圖像的實時回傳。其實現(xiàn)的本質(zhì)就是依托云視頻會議軟件，例如國內(nèi)的騰訊會議、小魚易連、釘釘、微信等，國外的Skype、Zoom 等，將視頻采集輸入端由移動手機擴大到攝像機、無人機等，視頻的采集范圍擴大，可拍攝的內(nèi)容范圍也同時增多。尤其是利用HDMI 數(shù)據(jù)線將無人機操作手柄與筆記本相連接，將無人機采集的前線視頻影像通過筆記本電腦視頻會議軟件傳入視頻會議中，這時遠端即可觀看無人機攝像頭所拍攝的畫面，十分便于水利系統(tǒng)的應用。此系統(tǒng)的缺點是，必須依靠筆記本電腦的視頻會議軟件，因為此時的無人機只是作為視頻采集的工具，就像遠端的眼睛，大腦還是在筆記本電腦上面。

2.4 流媒體直播技術

通俗地理解，流媒體直播分為視頻采集端（主播）、視頻播放端（觀眾）和視頻服務器端三部分。通常在網(wǎng)絡上使用的所有直播形式，其底層邏輯都是流媒體直播技術，在采集端和播放端的使用方法與視頻會議直播接近，不同的是，它不依托視頻會議軟件，可在流服務器上同時接收視頻源和發(fā)送視頻流，在網(wǎng)頁瀏覽器中直接生成并在互聯(lián)網(wǎng)中分享觀看。在任何直播網(wǎng)頁或軟件中只要獲取服務器地址即RTMP 推流地址，復制用于采集端后，即可在播放端看到所推送的視頻直播。此技術的優(yōu)勢既包括上述視頻會議直播的全部優(yōu)點，又可以節(jié)省前線的設備成本，不需要依靠筆記本電腦與無人機手柄HDMI 直連，省卻了攜帶筆記本和調(diào)試視頻會議軟件的麻煩。

2.5 不同直播技術的優(yōu)劣比較

不同的直播技術都是時代的產(chǎn)物，由模擬到數(shù)字，由微波到衛(wèi)星到光纜，由互聯(lián)網(wǎng)到移動互聯(lián)網(wǎng)，由1G到4G、5G。隨著信息技術的不斷迭代更替，技術的更新都是朝著成本更低、操作更簡易、應用更廣泛的方向發(fā)展，使社會的運轉(zhuǎn)更高效、物資的流通更迅速、人民的生活更美好。以上不同直播技術的比較，詳見表1。

表1 直播技術優(yōu)劣比較

3 流媒體直播技術在衛(wèi)河治理工程的實踐應用

以衛(wèi)河建管局采用的大疆Air 2S 無人機為例，需要用到的采集端只有無人機，而且無人機也是最適合水利工程一線影像采集的攝影工具。傳輸端依靠的是移動互聯(lián)網(wǎng)4G 或5G，目前中國通信行業(yè)基本上實現(xiàn)了所有行政村移動4G 網(wǎng)絡信號全覆蓋。傳輸服務器可使用目前一切主流的直播平臺，如B站（嗶哩嗶哩）、微信視頻號、騰訊直播、抖音、快手、斗魚等，下面以B 站為例。播放端用的是衛(wèi)河建管局會議室的海信網(wǎng)絡電視，也可以使用筆記本電腦或臺式電腦，下面以筆記本電腦為例。

3.1 應用方法

首先在播放端獲取直播平臺的流媒體推流地址，通過4G 網(wǎng)絡發(fā)送到采集端無人機的智能手柄上。通過操作手柄中的DJI Fly 飛行軟件進入無人機啟動界面，啟動無人機飛向拍攝目標，到達后懸停。在圖傳系統(tǒng)界面選擇直播平臺功能和RTMP 直播方式，進入后粘貼RTMP 直播地址，選擇合適的分辨率和碼率點擊開始即啟動直播。最后在會議室里即可通過筆記本電腦或網(wǎng)絡電視等顯示設備觀看工程一線的實時直播情況［4］。

3.2 實踐探索

2022年5 月26 日，衛(wèi)河建管局在鹽土莊節(jié)制閘工程現(xiàn)場組織開展了防汛應急演練活動，滑縣駐地會議室設視頻調(diào)度會場，局領導坐鎮(zhèn)調(diào)度會場觀摩指揮演練活動，前線工作人員采用視頻會議直播和流媒體直播技術同時保障信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，這也是整個漳衛(wèi)南局系統(tǒng)首次使用流媒體直播技術。漳衛(wèi)南局信息中心通過筆記本電腦的視頻會議軟件將攝像機和無人機作為視頻采集端，衛(wèi)河建管局使用流媒體直播技術將無人機作為備用以保障防汛演練現(xiàn)場畫面正常傳送至調(diào)度會場，雙方通過合作圓滿地完成此次防汛應急演練的實況直播。

3.3 應用推廣

流媒體直播技術在水利工程建設管理中的應用不僅僅體現(xiàn)在防汛演練活動的實況直播上，而且在日常安全檢查、汛期防汛檢查、上級線上視頻稽查、防汛調(diào)度會商等場景均可利用無人機依托流媒體直播技術及時了解工程一線情況，達到有效輔助防汛調(diào)度的目的。尤其是在洪水泛濫阻斷交通的極端情況下，采用無人機遠程飛行實時直播工程建設施工現(xiàn)場的真實情況，傳送至衛(wèi)河建管局甚至海委會商決策室，對于工程建設管理人員而言，這是極為重要的極端應急手段。

3.4 應用前景分析

由于水利工程地理位置偏僻、建設周期長、工程量大，加上資源的不可逆性，所以其建設管理工作是一項長期、艱巨且復雜的任務。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，針對水利系統(tǒng)的信息化管理方式也在不斷進步，雖然目前的信息化程度整體相對滯后，但水利工作者也可以活學活用，將好的信息技術通過研究嘗試，應用在水利工程上，不斷提高水利工程信息化管理水平。

4 結語

2022年初，水利部印發(fā)了《關于大力推進智慧水利建設的指導意見》《“十四五”期間推進智慧水利建設實施方案》，還同步印發(fā)了《智慧水利建設頂層設計》《“十四五”智慧水利建設規(guī)劃》等一系列文件，明確了推進智慧水利建設的時間表、路線圖、任務書、責任單。按照“需求牽引、應用至上、數(shù)字賦能、提升能力”要求，以數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化為主線，以數(shù)字化場景、智慧化模擬、精準化決策為路徑，以構建數(shù)字孿生流域為核心，全面推進算據(jù)、算法、算力建設，加快構建具有預報、預警、預演、預案功能的智慧水利體系，將中國的水利事業(yè)信息化發(fā)展推向新的未來［5］。

像流媒體直播技術等先進前沿的互聯(lián)網(wǎng)技術，其實在互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)中早已普及，但在水利工程建設管理領域中還亟待推廣。衛(wèi)河建管局管理的衛(wèi)河治理工程項目自上而下河道全長近200 km，具有工程種類多、戰(zhàn)線長、范圍廣、布局散的特點，所以工程建設管理難度很大。衛(wèi)河建管局為了不斷提升管理效率、提高工程建設管理信息化水平，建立了工程建設管理數(shù)字化技術專項管理工作體系，成立了數(shù)字化技術專項工作組，不斷學習和采用便捷高效的信息化技術來為工程建設管理高質(zhì)量發(fā)展服務。相信在不遠的萬物互聯(lián)的5G時代，還有一大批新型信息化技術會在水利工程建設管理中推廣應用。