一种轻量形点级矢量高精度地图数字水印生成方法及系统与流程

1.本发明涉及地图水印技术领域，更具体地，涉及一种轻量形点级矢量高精度地图数字水印生成方法及系统。


背景技术：

2.高精度地图是高级别自动驾驶的必需品，它能为智能汽车提供许多先验知识，如车辆定位，道路状况，周边环境，意外事件和车道级路径规划等重要功能。矢量高精度地图的版权问题也越来越重要，而普通的水印技术很难在矢量地理空间信息中发挥作用。
3.目前矢量地图水印方法主要包括三种：
4.第一种是可逆水印算法，可逆水印通过在原始数据中嵌入水印信息来保护版权，在提取水印验证版权时，随着水印的提取可以恢复为原始数据，从而实现数据零干扰。然而，可逆水印技术有一个明显的缺陷，即水印只能使用一次，因为提取后必须去除可逆水印信息。因此，该方法不能满足用户对永久水印的要求。此外，为了同时满足算法可逆性和水印的嵌入空间，大多数可逆水印仍需要通过扰动数据精度来获取水印隐藏空间。从这个角度来看，它并不是真正的无损。
5.第二种无损水印技术是零水印，它根据矢量地图的特征信息生成水印，而不对宿主数据进行任何修改。生成的水印将存储在ipr(知识产权)存储库中，依托第三方权威机构进行水印检测。该方法的关键是提取原始矢量地图的稳定特征信息，基于该特征信息的零水印能够抵御多种攻击。特征信息可以是基于矢量地图的空间统计特征或几何特征，并将特征信息与水印信息进一步结合产生零水印。与可逆水印相比，零水印实现了完全无损。但是，它是构造水印而不嵌入水印，因此在提取和声明版权时存在误判风险。例如，每个人都可以基于原始数据构建零水印并注册到他们信任的知识产权机构。此外，零水印机制需要将水印信息存储在第三方版权代理机构，在实际应用中存在诸多限制。
6.第三种是基于存储序列的无损水印方法，该方法利用矢量地图排列有序、存储无序的特点，通过重新设计要素的存储规则将水印信息暗藏其中。但是目前还不能完全做到避免可逆水印与零水印的缺陷，且水印还是会对数据的坐标信息产生扰动，无法实现完全无损。
7.以上各水印方法的精度损失不可控，也不具有检测数据被篡改地方的功能。


技术实现要素：

8.本发明针对现有技术中存在的现有水印方法的精度损失不可控，也不具有检测数据被篡改地方的技术问题。
9.本发明提供了一种轻量形点级矢量高精度地图数字水印生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.s1，获取高精度地图及其中需要添加数字水印要素的空间地理坐标信息，并投影到平面坐标系下；
11.s2，获取随机的秘钥数字s∈(0,1)和要素地理坐标数量n，利用数字水印生成算法生成数字水印数列；
12.s3，将数字水印数列在可控精度的规则下隐藏嵌入到空间地理坐标信息中。
13.优选地，所述s1具体包括：
14.s101，获取矢量高精度地图数据，并表达成各个实体要素的集合，每个实体要素的信息包括要素类型、要素id、空间地理坐标，其中空间地理坐标为一系列有序形点组成；
15.s102，将其中需要添加数字水印要素的空间地理坐标信息投影到直角坐标下。
16.优选地，所述s2具体包括：
17.利用第一类切比雪夫多项式cos(m*arccos(s))批量生成数字水印数列，其中m是随机生成的随机数，s是在(0，1)范围内随机生成的随机数。
18.优选地，所述s3具体包括：
19.将要素地理坐标的坐标(x，y，z)小数点后的数字按照自定义规则进行改写替换。
20.优选地，所述自定义规则具体包括：
21.在1-9中随机选取一个数字写入z的小数点第5位，将数字水印小数点后1-7位的数字分别对应写入z小数点的6-12位，将数字水印小数点后8-12位的数字分别写入x小数点的5-9位，将数字水印小数点后13-16位的数字分别写入y小数点的5-8位。
22.优选地，所述s3之后还包括s4：
23.根据第二类切比雪夫多项式un对地图进行数字水印检测和篡改检测。
24.优选地，所述s4具体包括：
25.s401，根据数字水印数列嵌入时的规则，反算出数字水印数列s；
26.s402，根据秘钥数字s计算e＝s[n+1]-(2*s*s[n]-s[n-1]),如果每处的e《1e-5，可认为数字水印为上述方法添加的，并且坐标大概率是未被修改的，若存在部分e》1e-5，那么该地方被篡改过，其中n为要素地理坐标数量。
[0027]
本发明还提供了一种轻量形点级矢量高精度地图数字水印生成系统，所述系统用于实现轻量形点级矢量高精度地图数字水印生成方法的步骤，具体包括：
[0028]
地图获取模块，用于获取高精度地图及其中需要添加数字水印要素的空间地理坐标信息，并投影到平面坐标系下；
[0029]
数字水印生产模块，用于获取随机的秘钥数字s∈(0,1)和要素地理坐标数量n，利用数字水印生成算法生成数字水印数列；
[0030]
水印嵌入模块，用于将数字水印数列在可控精度的规则下隐藏嵌入到空间地理坐标信息中。
[0031]
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现轻量形点级矢量高精度地图数字水印生成方法的步骤。
[0032]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现轻量形点级矢量高精度地图数字水印生成方法的步骤。
[0033]
有益效果：本发明提供的一种轻量形点级矢量高精度地图数字水印生成方法及系统，其中方法包括：获取高精度地图及其中需要添加数字水印要素的空间地理坐标信息，并投影到平面坐标系下；获取随机的秘钥数字s∈(0,1)和要素地理坐标数量n，利用数字水印
生成算法生成数字水印数列；将数字水印数列在可控精度的规则下隐藏嵌入到空间地理坐标信息中。该方案能够对矢量高精度地图全要素添加数字水印，还可以对部分要素添加数字水印；并且该数字水印具有可控精度损失，既能有效保证含数字水印的矢量高精度地图的质量，又能生成部分有偏移的数据用作样本数据；每一形点添加的数字水印是以特定方式随机的，不可复现；且该数字水印具有检测数据被篡改地方的功能。
附图说明
[0034]
图1为本发明提供的一种轻量形点级矢量高精度地图数字水印生成方法流程图；
[0035]
图2为本发明提供的一种可能的电子设备的硬件结构示意图；
[0036]
图3为本发明提供的一种可能的计算机可读存储介质的硬件结构示意图；
[0037]
图4为本发明提供的原始弯曲线元素图；
[0038]
图5为本发明提供的加水印后的弯曲线元素图。
具体实施方式
[0039]
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0040]
参考图1、图4及图5，本发明实施例提供了一种轻量形点级矢量高精度地图数字水印生成方法，包括以下步骤：
[0041]
s1，获取高精度地图及其中需要添加数字水印要素的空间地理坐标信息，并投影到平面坐标系下；矢量高精度地图的全要素包括车道线，poi，路网等形点数》3的要素。
[0042]
s2，获取随机的秘钥数字s∈(0,1)和要素地理坐标数量n，利用数字水印生成算法生成数字水印数列；既可以对全要素添加数字水印，又可以对部分要素添加数字水印。通过随机算法获取秘钥数字s。一个要素地理坐标分别对应一个形点，由此可知，每一形点添加的数字水印是以特定方式随机的，也就是说是不可复现的。
[0043]
s3，将数字水印数列在可控精度的规则下隐藏嵌入到空间地理坐标信息中。
[0044]
本实施例的技术方案提供了一个轻量形点级，随机性强，且可控精度损失的数字水印生成和验证方法，并具有检测数据被篡改地方的功能。
[0045]
更进一步的方案，首先获取高精度地图需要添加数字水印要素的空间地理坐标信息，将其投影到平面坐标系下，然后根据自定义的秘钥数字s∈(0,1)和要素地理坐标数量利用数字水印生成算法生成水印信息，注意到生成算法过程中的随机性，生成的数字水印的信息在[0,1]中是具有随机性，是不可被反算的。然后将数字水印信息可控精度下隐藏嵌入到空间地理坐标信息中。
[0046]
优选的方案，s2具体包括：利用第一类切比雪夫多项式cos(m*arccos(s))批量生成数字水印数列，其中m是随机生成的随机数，s是在(0，1)范围内随机生成的随机数。第一类切比雪夫多项式tn(x)＝cos(n*arccos(x))为n次chebyshev多项式，其中x∈[-1,1],其递推性质可表达为：
[0047]
t0(x)＝1,t1(x)＝x,
[0048]
t
n+1
(x)＝2ntn(x)-t
n-1
(x)。
[0049]
在电脑中数字水印生产算法如下：
[0050]
输入：地理坐标形点数(要素地理坐标数量)n，自定义秘钥数字s∈(0,1)，随机生成整数m。
[0051]
a＝[]
[0052]
for i＝0,1,
…
,l-1do
[0053]
m＝m+i
[0054]
t＝cos(m*arccos(s))
[0055]
a.append(t)
[0056]
end for
[0057]
输出：数字水印a
[0058]
具体地，基于chebyshev多项式数字水印的生成：首先获取矢量高精度地图数据，其数据可以表达为各个要素的集合，每个实体要素信息包括要素类型，要素id，空间地理坐标等，其中空间地理坐标为一系列有序形点组成如[(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),...,(xn,yn,zn)]，获取要素空间地理坐标后，将其投影到直角坐标下如高斯-克吕格投影带；然后确定要素空间地理坐标的形点数n，并获取自定义秘钥数字s∈(0,1)，最后根据数字水印生成算法生成数字水印数列，注意到算法中chebyshev多项式cos(m*arccos(s))中m是随机生成的整数，所以生成数字水印数列中第一个数也是[0,1]中的随机的，是不可被反算的。
[0059]
更进一步的方案，s3具体包括：将要素地理坐标的坐标(x，y，z)小数点后的数字按照自定义规则进行改写替换。
[0060]
具体地，根据精度损失要求将数字水印数列以特定的方法隐藏写入到相应的形点坐标中，这里可以自定义规则算法。本实施例给出做法是改写坐标(x,y,z)小数点后的数字，这里给出一个简单的真实示例见附图一，这里从小数点后四位开始改写，用0代表负号写z的小数点第5位，如是正数可在1-9随机选取一个数写入，因为数字水印数列是在(0,1)的，
‘
0.’可以不用表示，将数字水印的小数点后1-7位写入z小数点的6-12位，数字水印数字小数点后8-12位写入x小数点的5-9位，数字水印数字小数点后13-16位写入y小数点的5-8位，精度误差d(p,p’)是小于0.00018m的，远远满足高精度地图的需求。
[0061]
更进一步的方案，s3之后还包括s4：根据第二类切比雪夫多项式un作为数字水印检测和篡改检测。即根据chebyshev多项式的第二种表达形式(递推式)作为数字水印检测和篡改检测。
[0062]
具体地，首先根据带数字水印的矢量高精度地图获取要素的地理坐标信息，根据地理坐标信息数字水印嵌入的规则反算出数字水印数列s，然后根据秘钥数字s计算e＝s[n+1]-(2*s*s[n]-s[n-1]),如果每处的e《1e-5，可认为数字水印为上述方法添加的，并且坐标大概率是未被修改的，若存在部分e》1e-5，那么该地方的附近大概率是被篡改过的。
[0063]
本发明实施例还提供了一种轻量形点级矢量高精度地图数字水印生成系统，所述系统用于实现如前所述的轻量形点级矢量高精度地图数字水印生成方法的步骤，具体包括：
[0064]
地图获取模块，用于获取高精度地图及其中需要添加数字水印要素的空间地理坐标信息，并投影到平面坐标系下；
[0065]
数字水印生产模块，用于获取随机的秘钥数字s∈(0,1)和要素地理坐标数量n，利用数字水印生成算法生成数字水印数列；
[0066]
水印嵌入模块，用于将数字水印数列在可控精度的规则下隐藏嵌入到空间地理坐标信息中。
[0067]
请参阅图2为本发明实施例提供的电子设备的实施例示意图。如图2所示，本发明实施例提了一种电子设备，包括存储器1310、处理器1320及存储在存储器1310上并可在处理器1320上运行的计算机程序1311，处理器1320执行计算机程序1311时实现以下步骤：s1，获取高精度地图及其中需要添加数字水印要素的空间地理坐标信息，并投影到平面坐标系下；
[0068]
s2，获取随机的秘钥数字s∈(0,1)和要素地理坐标数量n，利用数字水印生成算法生成数字水印数列；
[0069]
s3，将数字水印数列在可控精度的规则下隐藏嵌入到空间地理坐标信息中。
[0070]
请参阅图3为本发明提供的一种计算机可读存储介质的实施例示意图。如图3所示，本实施例提供了一种计算机可读存储介质1400，其上存储有计算机程序1411，该计算机程序1411被处理器执行时实现如下步骤：s1，获取高精度地图及其中需要添加数字水印要素的空间地理坐标信息，并投影到平面坐标系下；
[0071]
s2，获取随机的秘钥数字s∈(0,1)和要素地理坐标数量n，利用数字水印生成算法生成数字水印数列；
[0072]
s3，将数字水印数列在可控精度的规则下隐藏嵌入到空间地理坐标信息中。
[0073]
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
[0074]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0075]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。