[发明专利]一种矢量地理数据零水印生成算法及零水印信息检测方法

说明书

本发明涉及一种矢量地理数据零水印生成算法及零水印信息检测方法，属于地理信息安全技术领域，首先对整个要素集进行旋转标准化，利用AlphaShapes算法提取出要素集中稳定的外边界轮廓特征点；然后借鉴形状上下文算法中轮廓信息采集的思想，以特征点为原点，建立同心圆区域对地物的空间分布特征进行采集；最后将分布特征与版权图像异或生成零水印。本发明利用稳定的外边界轮廓特征点采集地物分布信息，保证唯一性与鲁棒性的同时，弥补了零水印对矢量地理要素集粒度研究的缺失，解决了现有要素集中各地物要素需要分批多次版权注册，耗时耗力的问题，有效减少了版权注册时的成本与耗时。

技术领域

本发明涉及地理信息安全技术领域，特别是涉及一种矢量地理数据零水印生成算法及零水印信息检测方法。

背景技术

矢量地理数据是地理信息相关产业中需求最为广泛的地理空间数据之一。随着以智慧城市、智慧交通以及智能驾驶为代表的地理信息新兴产业的蓬勃发展，矢量地理数据的应用场景更加广阔。但与此同时，新兴产业不断增长的数据需求使得矢量地理数据在生产、传输和存储过程中的数据安全问题日益突出，如何对矢量地理数据进行有效的版权保护成为信息安全领域研究的重点。

数字水印技术是信息安全领域中的前沿技术，该技术按是否修改原始数据可以分为嵌入式水印和构造式水印两类。其中嵌入式水印通过将水印信息与载体数据紧密结合并隐藏其中，成为载体数据不可分离的一部分，由此来确定版权归属。嵌入水印后的载体数据，在遭受水印攻击后，往往能够提取出较为完整的水印信息。但是不可避免的会损失原始精度。因此，如何在不损失原始数据精度的前提下为数据提供有效的版权保护一直是数字水印方向研究的热点。

零水印作为一种不修改原始数据的水印技术，主要利用原始数据的重要特征来构造水印信息。由于算法是构造式水印，不对原始数据进行任何修改，因此十分适用于矢量地理数据的无损版权保护。但由于水印信息不嵌入载体，现有零水印技术需要通过知识产权(Intellectual Property Right，IPR)管理机构将零水印进行注册，以保护数据版权。

《零水印的概念与应用》(温泉等.电子学报.2003)首次提出零水印的概念，并将其数字图像版权保护领域；《零水印的概念与应用》(张佐理等.计算机工程与设计.2009)最早将零水印技术引入矢量数据的版权保护应用中，利用矩形分块对矢量地理数据进行格网划分，然后统计格网中的坐标点个数来构造零水印序列，算法对缩放、平移以及增删点攻击都具有较强的鲁棒性，但是无法抵抗旋转攻击。《一种基于矢量地图特征点和分块的零水印算法》(孙鸿睿等.地理与地理信息科学.2012)同样利用矩形分块对压缩后的矢量地理数据进行分块处理，利用特征点之间的夹角角度构建水印序列，虽然该算法在平移、缩放、压缩以及坐标删减方面都具备更强的鲁棒性，但该方法同样无法抵抗旋转攻击。《二维矢量地图双重零水印算法》(曹刘娟等.哈尔滨工程大学学报.2011)提出了一种双重零水印算法，将矢量点数据分为特征点和非特征点，分别构造零水印。《一种基于最小四叉树分块和特征夹角的零水印算法》(樊彦国等.测绘与空间地理信息.2018)利用最小四叉树算法对特征点进行分块，构造多个零水印来抵抗裁剪攻击。虽然以上零水印算法在矢量地理数据版权保护领域已有一些研究成果，但是研究对象仅局限于要素粒度，并未顾及要素集粒度。要素粒度的零水印算法需要对矢量地理要素集中的各个要素进行分批多次版权注册才能具有版权效应，成本高且耗时长，是零水印应用于矢量地理数据版权保护时面临的最大问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种矢量地理数据零水印生成算法及零水印信息检测方法，以有效减少版权注册时的成本与耗时。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种矢量地理数据零水印生成算法，包括：

对版权图像进行置乱，获得一个二值化的版权矩阵；

对矢量地理要素集进行坐标系转换，获得转换后的矢量地理要素集；