浅论联网矩阵系统及其应用

　　众所周知，视频监控系统由图象采集、传输系统、控制系统以及图象显示记录四部分组成。对于任何一个安防系统来说，控制系统是核心，而视频矩阵是其中的经典。它不仅决定了监控系统的容量，还是整个安防系统的主要操作平台。一个好的矩阵几乎可以实现安防系统所有的功能要求。因此，矩阵被形象的称为“矩阵主机”。因此可以说，熟悉了矩阵就熟悉了安防系统，用好了矩阵就可以灵活地构成多种实用的安防系统。矩阵是应用最广，功能最强大，稳定性最高的视频监控核心控制设备。

　　矩阵是线性代数中的一个数学名词。由m*n个数排成m行n列的数表称为矩阵。因此，不论是多么复杂的矩阵系统都是依据交点开关的工作原理。矩阵阵列的行和列中，任何行都可以与任何列连接，这就构成了矩阵最主要、最基本的功能：任何摄象机(输入)都可以在任何监视器(输出)上显示并进行相关控制与切换。因此，矩阵的基本功能类似于人的“大脑”。矩阵的出现是视频监控规模和技术不断发展到一定程度的必然产物。

　　现在，矩阵系统正在朝者大容量、网络化、结合一定数字化的方向发展。随着科学技术的飞速发展，特别是计算机和通信技术的不断发展进步，高科技手段已经深入到各个领域，在安防系统中也已普遍运用。数字化技术已渗透到社会生活的每一个角落，传统的模拟监控系统也面临着数字化的发展趋势。应该说，数字化是视频监控系统的大势所趋。面对这样的挑战，矩阵系统不能在一味的向着大型化趋势发展，这样的话对于远距离、多站点的综合性安防系统来说就力有未逮了。因此矩阵系统也在不断发展和完善之中，尤其是在分布式联网方面取得长足的进步。当前的监控系统已经不再是原来以成百上千路输入的单一矩阵为核心，而是向着小容量、多站点的联网控制系统发展。当前的矩阵系统也由容量的大型化、功能齐全化、结构集成化逐渐演变为站点多样化、结构灵活化、使用方便化等方向发展。联网矩阵也就孕育而生了。

　　联网矩阵系统不仅保持了原有模拟矩阵系统的稳定性高、图象质量高、安全性高等特点，还利用联网特性使不同地点、不同环境、不同数量的各个站点的矩阵实现有机的视频与通讯信号的连接，完成不同区域内的图象资源共享，并且统一调度与管理。联网矩阵系统以少量的视频输出代替原有的大量的视频输入，大大节省了传输线路的资源。

　　矩阵联网的实现主要通过各个矩阵之间视频信号和通讯信号的连接来实现的。矩阵的联网结构主要有以下几种：星型结构、链型结构和网状结构。

　　星型结构主要是以一个矩阵为中心矩阵，其余各个矩阵向中心矩阵上传图象和通讯信号。如下图所示，这样的结构主要用于具有“一个中心，多个基本点”的地方，中心矩阵的级别最高，可以调阅所有矩阵的图象，其余的各个矩阵等级相同，都是中心矩阵的分控矩阵，但各个分控矩阵之间互相独立，没有任何关系。星型结构的联网矩阵结构比较简单，应用也比较广泛，是目前运用的最多的一种联网结构。

　　链型结构主要是将各个矩阵按照菊花链的连接方式级连在一起。如下图所示，最前面的一个矩阵作为整个系统的中心矩阵，其余的矩阵依次排序，逐级上连。中心矩阵可以调阅各个等级的矩阵图象，第二级矩阵可以调阅在它之下的任一级矩阵的图象，依次类推。这一类联网矩阵结构简单，层次分明，主要用于有多个监控等级的场合。比如：公安系统中，市局监控区局，区局监控派出所等。

　　网状结构就是结合了星型结构和链型结构所组成的混合型联网结构。如下图所示，这样的矩阵联网系统既可以有一个明确的中心矩阵，也可以没有明显的中心矩阵，各个矩阵之间只要有需要，就可以进行连接，任意两个矩阵之间都可以发生关系，这样就可以对整个区域内的图象进行共享。网状结构的联网系统结构较为复杂，但系统灵活，可根据项目的实际情况综合配置，是将来矩阵联网系统的主要应用模式。

　　要实现矩阵联网，除了视频干线的连接外，各个矩阵之间的通讯连接是及其重要和关键的。矩阵之间通讯信号的传输通常情况下一般采用RS232、RS422或RS485的方式，传输距离遵循各自标准规定。目前市场上大多矩阵的联网是通过上述几种方式。然而，这类联网系统的局限性在于数据传输速率低、传输距离受限制、对于联网结构复杂的系统来说，步线烦琐，容易混乱。

　　因此，在上述联网实现的基础上，又产生了一种新的矩阵联网方式：以太网联网方式。

　　随着网络技术的不断发展，以太网联网矩阵也越来越成熟。以太亡联网，顾名思义，就是利用以太网来连接各个矩阵之间的控制信号。具体来说，每个矩阵都有一个网络接口，同时被赋予各自唯一的IP地址，用来区分和控制，然后通过以太网把这些矩阵全部连接到网络中，通过网络设置，对各个矩阵分级设定。以太网联网方式的优势在于，可以方便的接入现有网络、数据传输率高、并对传输距离不受限制。以太网联网矩阵系统使安防系统的集成化达到了新的一个高度。使用传统的通信方式，系统网络非常笨重，需要许多接线和连线，特别是遇到大系统时尤其复杂，经常造成通讯延时甚至无法通讯。而使用以太网联网方式，由于网络接入的方便性，导致可以轻而易举的完成结构复杂的联网系统。

　　对于以太网联网矩阵系统，其通讯信号完全通过网络传输，因此对于这一类系统的通讯信号传输可以只通过星型连接就可完成，即各个矩阵都有一根网线连到网络上即可。一般而言，对于以太网联网矩阵系统来说，各个矩阵的等级都是通过电脑来设定的。把一台电脑连入矩阵系统网络，通过专用软件可以轻易设定各个矩阵的等级，不用像传统联网方式那样通过复杂的硬件连接来区分矩阵级别。设定好各个矩阵级别后，在根据级别不同进行视频信号的连接。一般地，低级别的矩阵从矩阵的视频输出端输出视频信号到高一级别的矩阵的视频输入端，如果是对等矩阵，则两个矩阵之间互相传递视频信号。由此可见，通过以太网联网方式，大大节省了通讯信号传输的资源。

　　总体来说，以太网联网系统相比传统联网方式具有不可比拟的优势：通信速率高、系统稳定、传输距离不受限制、组网方便灵活、网络扩展便利、适合系统集成等。因此，可以说利用以太网构成矩阵联网系统已逐渐成为监控系统的一种发展趋势。

　　上海环球金融中心的安防系统正是以太网联网矩阵的一个典型应用。上海环球金融中心位于浦东新区世纪大道100号，建筑主体高度达到492米，工程地块面积为3万平方米，总建筑面积达38.16万平方米，比邻金茂大厦。上海环球金融中心是以办公为主，集商贸、宾馆、观光、会议等设施于一体的综合型大厦，属上海环球金融中心有限公司管辖。建筑的94层至101层为观光层，79层至93层将建成超五星级的宾馆，7层至77层为写字楼，3层至5层为会议室，地下2层至3层为商业设施，地下3层至地下1层规划了约1100台的停车位。在100层、距地面472米处设计了长度约为55米的观光天阁。此外，在94层还设计了面积为700平方米、室内净高8米的观光大厅。

　　上海环球金融中心有101层高，是我国目前的最高楼，在世界上也处于顶尖行列。由于上海环球金融中心楼高，且很多不同的功能包括：办公、会议、观光、酒店等不同类型，而各个类型对于监控的要求也不尽相同，监控点遍布整个大楼，如果只用一个监控中心显然是不现实的。因此在上海环球金融中心的B2F、B1F、1F、5F、52F、87F、90F都设有监空中心，且每个中心根据各自功能不同，矩阵容量和等级都不同。

　　整个设计中，监视范围重点是大楼入口处门厅、各楼层电梯厅、电梯轿厢、消防梯部分通道口、地下车库以及大楼旁侧车行主干道。

　　整个建筑物分为停车场、酒店套房及公共区域、观光区域、办公区域，标准酒店及豪华餐厅区域，还有观光层区域等功能区，对于超高层建筑物来说，闭路监控系统按功能区域划分为主控矩阵(总控制中心)和七个局部控制中心，具体如下：

　　1层救援中心：主控矩阵，矩阵系统配置592路输入/96 路输出;监视区域：监视整个大楼的所有的视频图像;

　　B2F分控中心：矩阵系统配置224路输入/32 路输出;监视区域：监视大楼的酒店套房及公共区域(B2F～1F，85F～88F)视频图像;

　　B1F分控中心：矩阵系统配置32路输入/32 路输出;监视区域：监视大楼的观光区域(B2F～3F)视频图像;

　　5F分控中心：矩阵系统配置64 路输入/32 路输出, 监视区域：监视大楼的会议室区域(1F~5F)视频图像。

　　52F救援分中心：矩阵系统配置64 路输入/32 路输出, 监视区域：监视大楼的办公区域(42F-78F)视频图像。

　　87层通讯中心：矩阵系统配置：256 路输入/32 路输出，监视大楼的标准酒店及豪华餐厅区域(79F-93F不含89F,含部分90F～93F )视频图像。

　　90层观光控制中心：矩阵系统配置：160 路输入/32路输出，监视大楼的观光层区域(94F-101F,含89F和部分90F～93 )视频图像。

　　在主控中心、各分控中心，设置硬盘录像机对每一路监控摄像机进行录像;各个分控中心都和主控中心联网;远程控制PC 是用于闭路监控系统控制，并以权限区分操作级别，通过远程控制PC 控制所有摄像机的传输、球机的运动及变焦，并通过20”液晶监视器查看多画面图像，如遇报警、异常情况，通过千兆以太网，访问、调用硬盘录像机的录像数据。分别设置主控矩阵，并可以通过以太网对各分控、主控中心的硬盘录像机的历史数据及实时数据。就整体而言，1F的矩阵是中心矩阵，其他矩阵对于1F的矩阵来说都是它的二级矩阵。而其中，87F和B2F矩阵、90F和 B1F矩阵还作为对等矩阵可以互相调用。因此，这是一套综合型的较为复杂的一套矩阵系统，如果采用传统的通讯方式由于结构复杂，各监控中心距离较远实现起来有很大的难度，因此采用了以太网联网的矩阵联网方式来完成。

　　整个系统采用日本松下的矩阵系统。松下系统矩阵的一大特点就是采用以太网联网方式构成自身矩阵并可通过以太网联网其他监控中心的矩阵。在1F中心使用松下850大型系统矩阵，在其他中心使用650中大型系统矩阵。由于采用以太网连接，所以两种不同系列的矩阵可以完美地结合在一起，构成一套复杂的系统，系统网络结构图如下所示。

　　系统中，每套矩阵配置一台系统管理单元，用于通讯连接。所有的通讯信号全部采用网络传输，而视频信号由于距离原因，部分采用光端机通过光纤进行传输。由于采用以太网连接，使得系统连接相对简单，仅采用星型连接就可完成。所有矩阵主控、分控中心，通过本地远程PC和控制键盘依据规定的操作权限对本地矩阵和其他分控中心、主控中心的矩阵进行配置及切换调整，分控矩阵将部分视频输出经过视频光端机将监控图像输出至主控中心，主控矩阵将部分视频输出经过视频光端机将监控图像分别输出至其他分控中心，即组成双向视频传输链路。通过对矩阵的输入输出进行有序设置及调整，实现对监控系统有效管理。实现中心矩阵、分控矩阵有机互控互联。前端摄像机→矩阵，矩阵→监视器，节点间(上行/下行)的视频连接均为单同轴或光纤(距离超出1200 米时)。 各节点中矩阵单元与CPU 单元间通过以太网络通讯。 因此，整套系统功能完善，使用方便，成为安防系统的一个典型工程。

　　综上所述，联网矩阵系统的应用将会越来越广泛，技术也会不断发展更新。将来，安防系统前景一片光明。

来源：上海冠林银保科技有限公司

作者：林雍长