眾所周知，視頻監(jiān)控系統(tǒng)由圖象采集、傳輸系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及圖象顯示記錄四部分組成。對于任何一個安防系統(tǒng)來說，控制系統(tǒng)是核心，而視頻矩陣是其中的經(jīng)典。它不僅決定了監(jiān)控系統(tǒng)的容量，還是整個安防系統(tǒng)的主要操作平臺。一個好的矩陣幾乎可以實現(xiàn)安防系統(tǒng)所有的功能要求。因此，矩陣被形象的稱為“矩陣主機”。因此可以說，熟悉了矩陣就熟悉了安防系統(tǒng)，用好了矩陣就可以靈活地構成多種實用的安防系統(tǒng)。矩陣是應用最廣，功能最強大，穩(wěn)定性最高的視頻監(jiān)控核心控制設備。

　　矩陣是線性代數(shù)中的一個數(shù)學名詞。由m*n個數(shù)排成m行n列的數(shù)表稱為矩陣。因此，不論是多么復雜的矩陣系統(tǒng)都是依據(jù)交點開關的工作原理。矩陣陣列的行和列中，任何行都可以與任何列連接，這就構成了矩陣最主要、最基本的功能：任何攝象機(輸入)都可以在任何監(jiān)視器(輸出)上顯示并進行相關控制與切換。因此，矩陣的基本功能類似于人的“大腦”。矩陣的出現(xiàn)是視頻監(jiān)控規(guī)模和技術不斷發(fā)展到一定程度的必然產(chǎn)物。

　　現(xiàn)在，矩陣系統(tǒng)正在朝者大容量、網(wǎng)絡化、結合一定數(shù)字化的方向發(fā)展。隨著科學技術的飛速發(fā)展，特別是計算機和通信技術的不斷發(fā)展進步，高科技手段已經(jīng)深入到各個領域，在安防系統(tǒng)中也已普遍運用。數(shù)字化技術已滲透到社會生活的每一個角落，傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控系統(tǒng)也面臨著數(shù)字化的發(fā)展趨勢。應該說，數(shù)字化是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的大勢所趨。面對這樣的挑戰(zhàn)，矩陣系統(tǒng)不能在一味的向著大型化趨勢發(fā)展，這樣的話對于遠距離、多站點的綜合性安防系統(tǒng)來說就力有未逮了。因此矩陣系統(tǒng)也在不斷發(fā)展和完善之中，尤其是在分布式聯(lián)網(wǎng)方面取得長足的進步。當前的監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)不再是原來以成百上千路輸入的單一矩陣為核心，而是向著小容量、多站點的聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)發(fā)展。當前的矩陣系統(tǒng)也由容量的大型化、功能齊全化、結構集成化逐漸演變?yōu)檎军c多樣化、結構靈活化、使用方便化等方向發(fā)展。聯(lián)網(wǎng)矩陣也就孕育而生了。

　　聯(lián)網(wǎng)矩陣系統(tǒng)不僅保持了原有模擬矩陣系統(tǒng)的穩(wěn)定性高、圖象質量高、安全性高等特點，還利用聯(lián)網(wǎng)特性使不同地點、不同環(huán)境、不同數(shù)量的各個站點的矩陣實現(xiàn)有機的視頻與通訊信號的連接，完成不同區(qū)域內的圖象資源共享，并且統(tǒng)一調度與管理。聯(lián)網(wǎng)矩陣系統(tǒng)以少量的視頻輸出代替原有的大量的視頻輸入，大大節(jié)省了傳輸線路的資源。

　　矩陣聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)主要通過各個矩陣之間視頻信號和通訊信號的連接來實現(xiàn)的。矩陣的聯(lián)網(wǎng)結構主要有以下幾種：星型結構、鏈型結構和網(wǎng)狀結構。

　　星型結構主要是以一個矩陣為中心矩陣，其余各個矩陣向中心矩陣上傳圖象和通訊信號。如下圖所示，這樣的結構主要用于具有“一個中心，多個基本點”的地方，中心矩陣的級別最高，可以調閱所有矩陣的圖象，其余的各個矩陣等級相同，都是中心矩陣的分控矩陣，但各個分控矩陣之間互相獨立，沒有任何關系。星型結構的聯(lián)網(wǎng)矩陣結構比較簡單，應用也比較廣泛，是目前運用的最多的一種聯(lián)網(wǎng)結構。

　　鏈型結構主要是將各個矩陣按照菊花鏈的連接方式級連在一起。如下圖所示，最前面的一個矩陣作為整個系統(tǒng)的中心矩陣，其余的矩陣依次排序，逐級上連。中心矩陣可以調閱各個等級的矩陣圖象，第二級矩陣可以調閱在它之下的任一級矩陣的圖象，依次類推。這一類聯(lián)網(wǎng)矩陣結構簡單，層次分明，主要用于有多個監(jiān)控等級的場合。比如：公安系統(tǒng)中，市局監(jiān)控區(qū)局，區(qū)局監(jiān)控派出所等。

　　網(wǎng)狀結構就是結合了星型結構和鏈型結構所組成的混合型聯(lián)網(wǎng)結構。如下圖所示，這樣的矩陣聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)既可以有一個明確的中心矩陣，也可以沒有明顯的中心矩陣，各個矩陣之間只要有需要，就可以進行連接，任意兩個矩陣之間都可以發(fā)生關系，這樣就可以對整個區(qū)域內的圖象進行共享。網(wǎng)狀結構的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結構較為復雜，但系統(tǒng)靈活，可根據(jù)項目的實際情況綜合配置，是將來矩陣聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的主要應用模式。

　　要實現(xiàn)矩陣聯(lián)網(wǎng)，除了視頻干線的連接外，各個矩陣之間的通訊連接是及其重要和關鍵的。矩陣之間通訊信號的傳輸通常情況下一般采用RS232、RS422或RS485的方式，傳輸距離遵循各自標準規(guī)定。目前市場上大多矩陣的聯(lián)網(wǎng)是通過上述幾種方式。然而，這類聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的局限性在于數(shù)據(jù)傳輸速率低、傳輸距離受限制、對于聯(lián)網(wǎng)結構復雜的系統(tǒng)來說，步線煩瑣，容易混亂。

　　因此，在上述聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的基礎上，又產(chǎn)生了一種新的矩陣聯(lián)網(wǎng)方式：以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)方式。

　　隨著網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)矩陣也越來越成熟。以太亡聯(lián)網(wǎng)，顧名思義，就是利用以太網(wǎng)來連接各個矩陣之間的控制信號。具體來說，每個矩陣都有一個網(wǎng)絡接口，同時被賦予各自唯一的IP地址，用來區(qū)分和控制，然后通過以太網(wǎng)把這些矩陣全部連接到網(wǎng)絡中，通過網(wǎng)絡設置，對各個矩陣分級設定。以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)方式的優(yōu)勢在于，可以方便的接入現(xiàn)有網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)傳輸率高、并對傳輸距離不受限制。以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)矩陣系統(tǒng)使安防系統(tǒng)的集成化達到了新的一個高度。使用傳統(tǒng)的通信方式，系統(tǒng)網(wǎng)絡非常笨重，需要許多接線和連線，特別是遇到大系統(tǒng)時尤其復雜，經(jīng)常造成通訊延時甚至無法通訊。而使用以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)方式，由于網(wǎng)絡接入的方便性，導致可以輕而易舉的完成結構復雜的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

　　對于以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)矩陣系統(tǒng)，其通訊信號完全通過網(wǎng)絡傳輸，因此對于這一類系統(tǒng)的通訊信號傳輸可以只通過星型連接就可完成，即各個矩陣都有一根網(wǎng)線連到網(wǎng)絡上即可。一般而言，對于以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)矩陣系統(tǒng)來說，各個矩陣的等級都是通過電腦來設定的。把一臺電腦連入矩陣系統(tǒng)網(wǎng)絡，通過專用軟件可以輕易設定各個矩陣的等級，不用像傳統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)方式那樣通過復雜的硬件連接來區(qū)分矩陣級別。設定好各個矩陣級別后，在根據(jù)級別不同進行視頻信號的連接。一般地，低級別的矩陣從矩陣的視頻輸出端輸出視頻信號到高一級別的矩陣的視頻輸入端，如果是對等矩陣，則兩個矩陣之間互相傳遞視頻信號。由此可見，通過以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)方式，大大節(jié)省了通訊信號傳輸?shù)馁Y源。

　　總體來說，以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)相比傳統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)方式具有不可比擬的優(yōu)勢：通信速率高、系統(tǒng)穩(wěn)定、傳輸距離不受限制、組網(wǎng)方便靈活、網(wǎng)絡擴展便利、適合系統(tǒng)集成等。因此，可以說利用以太網(wǎng)構成矩陣聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)已逐漸成為監(jiān)控系統(tǒng)的一種發(fā)展趨勢。

　　上海環(huán)球金融中心的安防系統(tǒng)正是以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)矩陣的一個典型應用。上海環(huán)球金融中心位于浦東新區(qū)世紀大道100號，建筑主體高度達到492米，工程地塊面積為3萬平方米，總建筑面積達38.16萬平方米，比鄰金茂大廈。上海環(huán)球金融中心是以辦公為主，集商貿、賓館、觀光、會議等設施于一體的綜合型大廈，屬上海環(huán)球金融中心有限公司管轄。建筑的94層至101層為觀光層，79層至93層將建成超五星級的賓館，7層至77層為寫字樓，3層至5層為會議室，地下2層至3層為商業(yè)設施，地下3層至地下1層規(guī)劃了約1100臺的停車位。在100層、距地面472米處設計了長度約為55米的觀光天閣。此外，在94層還設計了面積為700平方米、室內凈高8米的觀光大廳。

　　上海環(huán)球金融中心有101層高，是我國目前的最高樓，在世界上也處于頂尖行列。由于上海環(huán)球金融中心樓高，且很多不同的功能包括：辦公、會議、觀光、酒店等不同類型，而各個類型對于監(jiān)控的要求也不盡相同，監(jiān)控點遍布整個大樓，如果只用一個監(jiān)控中心顯然是不現(xiàn)實的。因此在上海環(huán)球金融中心的B2F、B1F、1F、5F、52F、87F、90F都設有監(jiān)空中心，且每個中心根據(jù)各自功能不同，矩陣容量和等級都不同。

　　整個設計中，監(jiān)視范圍重點是大樓入口處門廳、各樓層電梯廳、電梯轎廂、消防梯部分通道口、地下車庫以及大樓旁側車行主干道。

　　整個建筑物分為停車場、酒店套房及公共區(qū)域、觀光區(qū)域、辦公區(qū)域，標準酒店及豪華餐廳區(qū)域，還有觀光層區(qū)域等功能區(qū)，對于超高層建筑物來說，閉路監(jiān)控系統(tǒng)按功能區(qū)域劃分為主控矩陣(總控制中心)和七個局部控制中心，具體如下：

　　1層救援中心：主控矩陣，矩陣系統(tǒng)配置592路輸入/96 路輸出;監(jiān)視區(qū)域：監(jiān)視整個大樓的所有的視頻圖像;

　　B2F分控中心：矩陣系統(tǒng)配置224路輸入/32 路輸出;監(jiān)視區(qū)域：監(jiān)視大樓的酒店套房及公共區(qū)域(B2F～1F，85F～88F)視頻圖像;

　　B1F分控中心：矩陣系統(tǒng)配置32路輸入/32 路輸出;監(jiān)視區(qū)域：監(jiān)視大樓的觀光區(qū)域(B2F～3F)視頻圖像;

　　5F分控中心：矩陣系統(tǒng)配置64 路輸入/32 路輸出, 監(jiān)視區(qū)域：監(jiān)視大樓的會議室區(qū)域(1F~5F)視頻圖像。

　　52F救援分中心：矩陣系統(tǒng)配置64 路輸入/32 路輸出, 監(jiān)視區(qū)域：監(jiān)視大樓的辦公區(qū)域(42F-78F)視頻圖像。

　　87層通訊中心：矩陣系統(tǒng)配置：256 路輸入/32 路輸出，監(jiān)視大樓的標準酒店及豪華餐廳區(qū)域(79F-93F不含89F,含部分90F～93F )視頻圖像。

　　90層觀光控制中心：矩陣系統(tǒng)配置：160 路輸入/32路輸出，監(jiān)視大樓的觀光層區(qū)域(94F-101F,含89F和部分90F～93 )視頻圖像。

　　在主控中心、各分控中心，設置硬盤錄像機對每一路監(jiān)控攝像機進行錄像;各個分控中心都和主控中心聯(lián)網(wǎng);遠程控制PC 是用于閉路監(jiān)控系統(tǒng)控制，并以權限區(qū)分操作級別，通過遠程控制PC 控制所有攝像機的傳輸、球機的運動及變焦，并通過20”液晶監(jiān)視器查看多畫面圖像，如遇報警、異常情況，通過千兆以太網(wǎng)，訪問、調用硬盤錄像機的錄像數(shù)據(jù)。分別設置主控矩陣，并可以通過以太網(wǎng)對各分控、主控中心的硬盤錄像機的歷史數(shù)據(jù)及實時數(shù)據(jù)。就整體而言，1F的矩陣是中心矩陣，其他矩陣對于1F的矩陣來說都是它的二級矩陣。而其中，87F和B2F矩陣、90F和 B1F矩陣還作為對等矩陣可以互相調用。因此，這是一套綜合型的較為復雜的一套矩陣系統(tǒng)，如果采用傳統(tǒng)的通訊方式由于結構復雜，各監(jiān)控中心距離較遠實現(xiàn)起來有很大的難度，因此采用了以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的矩陣聯(lián)網(wǎng)方式來完成。

　　整個系統(tǒng)采用日本松下的矩陣系統(tǒng)。松下系統(tǒng)矩陣的一大特點就是采用以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)方式構成自身矩陣并可通過以太網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)其他監(jiān)控中心的矩陣。在1F中心使用松下850大型系統(tǒng)矩陣，在其他中心使用650中大型系統(tǒng)矩陣。由于采用以太網(wǎng)連接，所以兩種不同系列的矩陣可以完美地結合在一起，構成一套復雜的系統(tǒng)，系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖如下所示。

　　系統(tǒng)中，每套矩陣配置一臺系統(tǒng)管理單元，用于通訊連接。所有的通訊信號全部采用網(wǎng)絡傳輸，而視頻信號由于距離原因，部分采用光端機通過光纖進行傳輸。由于采用以太網(wǎng)連接，使得系統(tǒng)連接相對簡單，僅采用星型連接就可完成。所有矩陣主控、分控中心，通過本地遠程PC和控制鍵盤依據(jù)規(guī)定的操作權限對本地矩陣和其他分控中心、主控中心的矩陣進行配置及切換調整，分控矩陣將部分視頻輸出經(jīng)過視頻光端機將監(jiān)控圖像輸出至主控中心，主控矩陣將部分視頻輸出經(jīng)過視頻光端機將監(jiān)控圖像分別輸出至其他分控中心，即組成雙向視頻傳輸鏈路。通過對矩陣的輸入輸出進行有序設置及調整，實現(xiàn)對監(jiān)控系統(tǒng)有效管理。實現(xiàn)中心矩陣、分控矩陣有機互控互聯(lián)。前端攝像機→矩陣，矩陣→監(jiān)視器，節(jié)點間(上行/下行)的視頻連接均為單同軸或光纖(距離超出1200 米時)。 各節(jié)點中矩陣單元與CPU 單元間通過以太網(wǎng)絡通訊。 因此，整套系統(tǒng)功能完善，使用方便，成為安防系統(tǒng)的一個典型工程。

　　綜上所述，聯(lián)網(wǎng)矩陣系統(tǒng)的應用將會越來越廣泛，技術也會不斷發(fā)展更新。將來，安防系統(tǒng)前景一片光明。

來源：上海冠林銀保科技有限公司

作者：林雍長