一种基于距离比值调制的矢量地理数据密级标识方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于地理数据访问控制应用领域，具体涉及一种基于距离比值调制嵌入水 印信息的矢量地理数据密级标识方法。
【背景技术】
[0002] 矢量地理数据是国家基础地理信息建设的主要内容和地理信息应用的重要资源， 其安全关系到地理信息系统产业的良好运转和高速发展。信息分级管理与应用中的密级标 识技术，对于矢量地理数据安全研究与应用，具有重要意义。
[0003] 矢量地理数据是各种地理特征和现象间关系的符号化标识，是地理信息的一种表 现方式。它不仅具有一般信息的可量度、可共享、广泛性、无限性等共性特征，而且具有其自 身的个性特征。矢量地理数据的个性特征，主要有：（1)数据精度高，存储冗余度低；（2)没有 固定的数据组织顺序；（3)通常需要复杂多样的变换。
[0004] 由于矢量地理数据的特殊性，因而对矢量地理数据的密级标识方法提出了更高的 要求，主要包括以下三个方面的要求：（1)嵌入的密级标识不能破坏原有矢量地理数据的组 织结构；（2)嵌入的密级标识应不影响矢量地理数据的精度；（3)嵌入密级标识后，对投影、 压缩、编辑、裁剪、放大、移动等操作具有较好的鲁棒性。
[0005] 邵承永等（邵承永，王孝通，徐晓刚，牛夏牧.矢量地图的无损数据隐藏算法研究 [J].中国图象图形学报，2007,12(2):206-211)通过修改地图中相邻顶点坐标间的差值来 嵌入水印信息，这类算法计算复杂且嵌入容量大。钟尚平等(钟尚平，刘志峰，陈群杰.采用 复合整数变换差值扩大法的矢量地图可逆水印算法[J].计算机辅助设计与图形学学报， 2009,21(12) :1839-1849)采用复合整数变换差值扩大法进行了水印的嵌入，但该方法对几 何攻击的鲁棒性较差，且难以应对压缩攻击。
【发明内容】
[0006] 结合矢量地理数据特征和密级标识技术要求，本发明主要基于距离比值调制技 术，提出了 一种矢量地理数据密级标识方法。
[0007] 本发明采用的技术方案为：
[0008] -种基于距离比值调制的矢量地理数据密级标识方法，其具体的处理步骤如下： [0009](一)密级标识嵌入
[0010] 步骤11生成密级标识，密级标识包括密级和保密期限信息；
[0011] 步骤12加载shp格式的线图层数据，记线图层的线要素集合为L= {h| i = l， 2.. ..，m}，m为线要素的个数；
[0012] 步骤13针对任一线要素li，将其所包含点坐标信息读入集合Pi={Pij I j = l， 2.. . .，n}，n为点的个数；
[0013] 步骤14特征点提取:运用道格拉斯-普克算法对点集合?,进行抽稀，返回特征点在 原来的点集合Pi中位置的下标集合Si= {sij I j = l，2, . . .，q}q为特征点的个数;再根据集合 Pi和集合Si得到特征点集Fi={fj I j = l，2, . . .，q}，q同样为特征点的个数；
[0014]步骤15密级标识信息嵌入:对于特征点集Fi，记点t的坐标为fj(Xj，yj)，执行以下 操作：
[0015] a)首先取连续的三个点fj-2(xj-2，yj-2)、fj-i(xj-i，yj-i)、fj(xj，yj)，其中 j为循环变 量，初值为3，根据公式(1)，分别计算线段和的长度和％^^5
[0017] 其中，为点fj-i(xj-i，yj-1)和点fj(xj，yj)之间的距离；
[0018] b)根据公式(2)，计算距离比值r;
[0020] c)比值调制：将距离比值r的第b位小数替换为wu，并记为V ;其中b的值由用户定 义，wu为一位的密级标识信息，u为密级标识循环变量，初值为1;
[0021 ] d)根据公式(3)，计算嵌入密级信息的点f/，并替换掉特征点集Fi中的点fj;
[0023] 其中，（Xj'y/)为点f/的坐标；
[0024] e)得到嵌入密级标识信息后的特征点集?/，循环变量j加1，循环变量u按公式(4) 计算取值，其中，4为密级标识信息的长度；
[0026] 循环执行步骤a)_d)，直至特征点集Fi*的特征点遍历完毕；
[0027] 步骤16更新原点集:根据步骤14中的下标集合Si，将集合?/中的点替换掉在原来 的点集合Pi中同位置的点，形成嵌入密级标识后的要素点集合P/ ;
[0028] 步骤17循环执行步骤13至步骤16,直至线要素集合L中所有的线要素嵌入更新完 毕；
[0029] 步骤18生成新的线要素集合1/，保存嵌入密级标识后的线图层数据；
[0030] (二)密级标识提取
[0031] 步骤21加载含密级标识信息的线要素集合1/ ={1/ | i = l，2, . . .，m}，m为线要素 的个数；
[0032] 步骤22针对每一线要素1/，将其所包含点坐标信息读入集合P/ ={Pl/ | j = l， 2,. . .，n}，n为点的个数；
[0033] 步骤23特征点提取:运用道格拉斯-普克算法对点集合P/进行抽稀，返回特征点 在原来的点集合P/中位置的下标集合S/ = {si/ I j = l，2, . . .，q}，q为特征点的个数;再根 据集合P/和集合S/得到特征点集合F/ = {f/ | j = 1，2，. . .，q};
[0034] 步骤24密级标识信息提取:对于集合?/，记点f/的坐标为f/ (x/，y/ )，执行以下 操作：
[0035] f)首先取连续的三个点f>/ (Xj-/，yj-/ )、fj-/ (Xj-/，yj-/ )、f/ (x/，y/ )，其中j 为循环变量，初值为3，根据公式（1)，
[0036] g)根据公式(2)，计算距离比值V ;
[0037] h)循环变量j加1;按步骤f)至步骤g)循环执行，得到比值集合V = {r/ | j = l， 2,. . .，v}，v为比值的个数；
[0038] i)对于集合f，循环取距离比值r/的第b位小数，添加到字符串lu中，遇到标志位， 将字符串hi添加到字符串集Hi中，并将字符串hi置为空；
[0039] j)将字符串集Hi所包含的字符串添加到总的字符串集Η中；
[0040]步骤25循环执行步骤22至步骤24,直至线要素集合1/中所有的线要素的密级标识 提取完毕；
[0041 ]步骤26统计字符串集Η中不同字符串出现的频率，出现频率最高的字符串即是密 级标识信息；
[0042] 步骤27转换密级标识信息:根据步骤11，将出现频率最高的字符串根据位数进行 分割，再转换成相应的密级和保密年限。
[0043] 所述步骤11的密级标识具体生成步骤如下：
[0044] 1)密级包括内部、秘密、机密和绝密，映射为一位的十进制数，分别为1、2、3、4;
[0045] 2)保密期限基于两位十进制数，定义为对应的期限，其中，秘密级不超过10年，机 密级不超过20年，绝密级不超过30年，如果定义期限超过30年，则保密期限为长期；
[0046] 3)在前述生成十进制数据的基础上，加上一位标志位，组合成4位密级标识信息， 记为w = {wk | k = 1，2，3，4}，其中W4为标志位，且W4与其他元素均不相同
[0047]相比于现有技术，本发明涉及的方法不需经过复杂的计算，占用资源小，效率高。 而且该方法对于几何操作、压缩、裁剪、投影等攻击具有较好的鲁棒性。
【附图说明】
[0048]图1本发明密级标识嵌入流程图；
[0049] 图2本发明密级标识提取流程图；
[0050] 图3本发明的算法基本思想图示；
[0051 ]图4本发明实施例的实验数据；
[0052] 图5本发明实施例标密后的实验数据。
【具体实施方式】
[0053] 本发明方法的主要思路如下:首先，读取涉密矢量地理数据并生成密级标识信息； 其次，基于距离比值调制方法，对数据逐要素循环嵌入密级标识信息；最后，当需检测数据 密级时，可通过循环提取密级标识信息，并经统计判别得到嵌入的密级标识信息。该方法涉 及到的算法基本思想是：以三个特征点为一组，计算相邻两点间的距离，通过调制两者的距 离比值，来嵌入密级标识信息，如图3所示(p/位于PHji两点确定的直线上）。
[0054]下面结合附图并通过描述一个基于距离比值调制的实例，来进一步说明本发明的 效果。本实例的线图层数据为某铁路线图层，如图4所示。标志位设为8,调制位设为10。 [0055] 具体实施过程如下：
[0056] ( - )密级标识嵌入
[0057] 步骤11:密级标识生成。本实例中，选密级为秘密，密级年限为10年，再加上标志 位，则转为十进制数据记为w= {2，1，0，8}。
[0058] 步骤12:打开图层名为"rail"的线图层文件，如图4所示。本实例中，线要素集合L ={ll，l2, · . ·，1577丨，由577个线要素组成。
[0059] 步骤13:将线要素转换成点集。本实例中，以线要素1265为例（如图4虚线框中所示 的线要素），将其所含点坐标信息读入集合P265= {(127659.0024492，174314.500220808)， (128083.536353625，175005.459819996)，…，（144653.712037283，180144.025829871)}， 由100个点组成。
[0060] 步骤14:特征点提取。本实例中，运用道格拉斯-普克算法(设阈值为0.9)对点集 P265进行抽稀，返回特征点在原点集P265中位置的下标集S265 = {0,3,5, . . .，99}，由68个元素 组成。再根据P265和S265得到特征点集F265 = {fhft，. . .，f68}，由68个特征点组成。
[0061] 步骤15:密级标识信息嵌入。本实例中，对于F265 ,记点fj的坐标为fj(Xj，yj)，并执 行以下操作（以f3为例）：
[0062] a)首先取点匕汀2、心(设j为循环变量，初值为3)，分别计算线段g:g:、焉居的长度。
[0063] b)计算距离比值 r。本实例中，r = 0.3656210759275817。
[006