地理空间矢量数据数字水印算法研究

发布时间：2017-12-10 17:12

  本文关键词：地理空间矢量数据数字水印算法研究

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【摘要】：地理空间矢量数据是地理信息系统(Geographic Information System,GIS)应用的核心。随着地理空间数据生产的“数字化”和“网络化”,地理空间矢量数据的安全问题日益凸显,侵权、泄密、非法传播与使用等行为屡屡发生。仅仅依靠传统的安全保密措施,不能有效遏制诸如此类数据安全事故的发生,地理空间矢量数据的安全迫切需要可靠、有效的技术来保障。数字水印技术是近年来兴起的信息安全前沿技术,它是将水印信息秘密嵌入在数字产品中,使其成为载体数据不可分离的一部分,由此来确定版权所有者、跟踪侵权行为、认证数字内容等。数字水印技术在地理空间矢量数据安全和版权保护方面发挥着越来越重要的作用。本文深入分析了地理空间矢量数据数字水印技术的特征,以归一化方法、映射函数、离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)、数理统计等数学理论为工具,结合GIS理论及地理空间矢量数据的特征,研究了一系列地理空间矢量数据数字水印算法,本文主要研究成果如下:(1)基于地理空间矢量数据组织及结构特点,分析了地理空间矢量数据数字水印技术特征,总结了地理空间矢量数据水印攻击的类型及对水印算法鲁棒性的影响。(2)充分考虑地理空间矢量数据水印攻击的特点,提出了两种不同的地理空间矢量数据空间域盲水印算法。通过把水印信息嵌入到空间数据最小最大归一化值中,提出了基于归一化的地理空间矢量数据盲水印算法;引入二维码(Quick Response Code,QR码)技术,改进了传统的最低有效位(Least Significant Bit,LSB)算法,提出了一种基于QR码的地理空间矢量数据盲水印算法。(3)针对地理空间矢量数据DFT变换域水印算法中的关键问题,提出了三个地理空间矢量数据DFT域盲水印算法。通过对DFT变换域水印算法引起数据误差的研究分析,设计并实现了DFT变换域水印算法误差控制方案,提出了一种可控误差的DFT变换域水印算法;针对传统的DFT变换域算法对顶点攻击鲁棒性差的缺陷,提出了基于特征点的DFT变换域水印算法;针对变换域算法不能直接应用于矢量空间点类型数据,提出了一种网格划分的点数据DFT域盲水印算法,算法利用规则格网划分空间数据,建立虚拟线要素对象嵌入水印。(4)在分析了空间域算法和DFT变换域算法优缺点的基础上,基于多技术融合策略,提出了一种空间域和DFT域相结合的多重水印算法。该算法采用了多种水印方法的有效组合,取长补短,以抵抗不同的水印攻击,提高了水印算法的鲁棒性。(5)针对地理空间矢量数据中特有的投影变换及坐标系变换攻击,提出了一种抗投影攻击和坐标系变换攻击水印算法。该算法充分考虑了地理空间矢量数据投影变换和坐标变换的特点,在水印嵌入方案中,采用了GIS中普遍使用的WGS84地理坐标系作为中间坐标系,水印嵌入到WGS84坐标系空间数据。在水印提取时,只需把含水印数据转换到WGS84坐标系后,即可提取水印信息,无需原始数据的参与,实现了盲提取。算法对投影变换、坐标系变换攻击鲁棒性好,并且对数据的裁剪、旋转、平移等攻击具有较强的鲁棒性。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP309.7;P208

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