基于要素几何精度弱化的GIS矢量数据伪装与还原方法

摘要

本发明公开了一种基于要素几何精度弱化的GIS矢量数据伪装与还原方法。本发明的数据伪装方法包括以下步骤：（1）打开一个GIS矢量数据图层文件，读取属性字段名称，设置8位二进制随机信息做为密钥Key；（2）判断图层类型：针对点图层数据，分别读取一点要素的所指定属性信息和几何信息到数值型变量a和点对象Point中，并进行Point值的精度弱化；针对线面图层数据，读取一要素中所有点的几何数据到数组队列D中，其指定属性信息读取到数值型变量a中，并对D中的每一个点进行Point值的精度弱化；（3）循环处理完每一要素后，保存伪装后的数据。本发明的方法能有效提高GIS矢量数据在数据传输中的安全性，可应用于GIS矢量数据的隐藏通信与安全传输。

说明书

技术领域

本发明属于地理信息安全领域，具体涉及一种基于几何精度弱化技术进行GIS矢量数据伪装与还原的方法。

背景技术

地理信息的安全防护涉及国家安全和社会利益，是当前急需解决的国家和社会重大需求问题。特别是当今空间数据共享需求逐步扩大，地理信息服务应用不断拓展的情况下，地理信息的安全问题进一步突出。作为国家空间数据基础设施主要数据内容的GIS矢量数据，其信息安全研究更是至关重要。

目前，信息伪装已成为信息安全研究中除密码学之外的另一重要分支。国内外相关研究文献及专利检索结果分析表明,目前，在信息伪装的研究方面，所研究的载体数据类型主要包括图像、视频、遥感影像、DEM等。但是，矢量数据由于其具有无固定存储顺序的数据组织、多样的数据格式、强大的可视化表达手段、复杂的投影变换、繁多的空间分析应用，以及精度高、冗余少等诸多方面的特性，使得针对矢量数据的信息伪装研究具有一定的特殊性和较大难度。

发明内容

本发明的目的在于：基于要素属性信息进行要素几何精度弱化的思路，提出一种针对GIS矢量数据的伪装与还原方法，以有效提高GIS矢量数据在数据传输、脱密处理中的安全性。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：

基于要素几何精度弱化的GIS矢量数据伪装与还原方法，主要包括以下过程：

（1）伪装过程：

步骤一：打开一个GIS矢量数据图层文件，读取属性字段名称，设置处理用的数值型属性字段名称；设置8位二进制随机信息作为密钥Key，并存入密钥文件；

步骤二：判断图层类型，如果为点图层数据，则执行步骤三；如果为线面图层数据，则执行步骤四；

步骤三：

（a）分别读取一点要素的所指定属性信息和几何信息到数值型变量a和点对象Point中；

（b）基于如下公式（1），进行Point值的精度弱化：

              Point.x=Point.x+1/f(a)

              Point.y=Point.y+1/f(a)                          （1）

其中，函数f(a)为取变量a的属性等级，其值域为[1,n]，n为正整数；1/f(a)运算中的小数位数，与相应点的小数位数保持一致；

步骤四:

（a）读取一个要素中所有点的几何数据到数组队列D中，其指定属性信息读取到数值型变量a中；

（b）针对数组队列D中的每一个点，基于如下公式（2），进行Point值的精度弱化：

              Point.x=Point.x+1/f(a) *g(Key, Mod(i,8))   

              Point.y=Point.y+1/f(a) *g(Key, Mod(i,8))    （2）

    其中，i为数组队列D中点的序号；Key为密钥；函数Mod()为取余函数；函数g()为基于点序号i值所确定的余数从密钥Key中取出相应位的取值，其值为0或1；函数f(a)为取变量a的属性等级，其值域为[1,n]，n为正整数；1/f(a)运算中的小数位数，与相应点的小数位数保持一致；

    步骤五：根据不同的图层类型，循环执行步骤三或步骤四，直至每一要素处理完毕后，保存伪装后的数据文件；

（2）还原过程：

步骤一：选择处理用属性字段名称，打开一个GIS矢量数据图层文件；读取密钥文件并设置密钥Key；

步骤二：判断图层类型，如果为点图层数据，则执行步骤三；如果为线面图层数据，则执行步骤四；

步骤三：

（a）分别读取一点要素的所指定属性信息和几何信息到数值型变量a和点对象Point中；

（b）基于如下公式（3），进行Point值的精度弱化：

              Point.x=Point.x-1/f(a)

              Point.y=Point.y-1/f(a)                            （3）

其中，函数f(a)为取变量a的属性等级，其值域为[1,n]，n为正整数；1/f(a)运算中的小数位数，与相应点的小数位数保持一致；

步骤四:

（a）读取一个要素中所有点的几何数据到数组队列D中，其指定属性信息读取到数值型变量a中；

（b）针对数组队列D中的每一个点，基于如下公式（4），进行Point值的精度弱化：

              Point.x=Point.x-1/f(a) *g(Key, Mod(i,8))

              Point.y=Point.y-1/f(a) *g(Key, Mod(i,8))      （4）

    其中，i为数组队列D中点的序号；Key为密钥；函数Mod()为取余函数；函数g()为基于点序号i值所确定的余数从密钥Key中取出相应的密钥位，其值为0或1；函数f(a)为取变量a的属性等级，其值域为[1,n]，n为正整数；1/f(a)运算中的小数位数，与相应点的小数位数保持一致；

    步骤五：根据不同的图层类型，循环执行步骤三或步骤四，直至每一要素处理完毕后，保存伪装后的数据文件。

本发明根据GIS矢量数据的数据组织特点，基于要素属性信息进行要素几何精度弱化的思路，提出了一种针对GIS矢量数据的伪装与还原方法，可以进行shp等格式数据的伪装与还原处理，一定程度上满足了GIS矢量数据的隐藏通信与安全传输需求。

附图说明

图1 是本发明实施例选取的实验数据。

图2 是本发明实施例的原始数据局部效果图。

图3 是本发明实施例的伪装数据局部效果图。

图4 是图3效果图的边缘局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例做进一步详细说明。

本实例选择一典型的shp面图层数据，针对数据的读取、伪装处理、数据还原的整个过程，进一步详细说明本发明。本实施例选择全国1：400万的省界面状图层数据（如图1）作为实验数据。密钥Key值为“10010101”。选取AREA字段为处理用要素属性字段。

（1）数据伪装处理。

步骤一：打开省界图层数据文件，数据格式为面状数据，密钥Key值为“10010101”。

步骤二：判断图层类型，为面状图层数据，则执行如下步骤。

步骤三：

（a）读取第一个要素中的923点的几何数据到数组队列D中，其相应AREA字段的属性取值68.488655，读取到数值型变量a中。

（b）针对数组队列D中的每一个点，基于如下公式（2），进行Point值的精度弱化：

              Point.x=Point.x+1/f(a) *g(Key, Mod(i,8))   

              Point.y=Point.y+1/f(a) *g(Key, Mod(i,8))    （2）

    读取的第一个点为｛121.49738309820822, 53.32104492451802｝，本实施例中，函数f(a)结果为计算变量a整数部分位数，即变量a整数部分位数即为要素属性级别。针对第一个点，f(68.488655)=2，经处理，第一个点的值为｛121.99738309820822, 53.82104492451802｝。

步骤四：循环步骤三，直至每一要素处理完毕后，保存伪装后的数据文件。

（2）数据还原处理。

步骤一：打开伪装处理后的省界图层数据文件，数据格式为面状数据。读取密钥文件，并设置密钥密钥Key，其值为“10010101”。选取AREA字段为处理用要素属性字段。

步骤二：判断图层类型，为面状图层数据，则执行如下步骤。

步骤三：

（a）读取第一个要素中的923点的几何数据到数组队列D中，其相应AREA字段的属性取值68.488655，读取到数值型变量a中。

（b）针对数组队列D中的每一个点，基于如下公式（4），进行Point值的精度弱化：

Point.x=Point.x-1/f(a) *g(Key, Mod(i,8))

              Point.y=Point.y-1/f(a) *g(Key, Mod(i,8))      （4）

读取的第一个点为｛121.99738309820822, 53.82104492451802｝，经处理，其值还原为｛121.49738309820822, 53.32104492451802｝。

 步骤四：循环步骤三，直至每一要素处理完毕后，保存伪装后的数据文件。

本发明实施例中仅以面图层数据进行数据伪装与还原处理，该方法也可以适用于点、线类型图层数据。

本发明实施例中仅以shp格式的GIS矢量数据进行数据伪装与还原处理，该方法也适用于GML、E00、MIF等其它格式GIS矢量数据的数据伪装与还原处理。

本发明实施例中，函数f(a)为计算变量a整数部分位数，即变量a整数部分位数即为要素属性级别。也可以采用其它分级函数。

（3）测试分析。

由上述实施例中原始数据（图2）与伪装处理数据的效果图（图3、图4）可知：数据经伪装处理后，虽仍为可使用GIS软件正确打开的shp数据，但要素坐标点的位置发生了较大变化，对于数据精度质量要求较高的GIS矢量数据来说，这一处理显著降低了数据质量和数据使用价值，限制了非法拷贝或拦截数据的正常使用，达到一定的数据保护目的。只有合法用户获取到密钥文件，才能正确、无损地还原数据。

综上分析，本发明所采用的方法可以成功地应用于GIS矢量数据的伪装与还原处理，一定程度上满足GIS矢量数据的隐藏通信与安全传输需求。