矢量居民地群零水印算法研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:heheaixixi
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GIS矢量地图数据是地理空间数据的重要组成部分,是一种重要的国家基础地理信息产品,被广泛应用到了社会各个行业。然而矢量地图数据的数字化存储方式在为传播、复制提供便利的同时,也给矢量地图数据版权安全问题带来了隐患。数字水印技术是一种版权判定与盗版追踪的新型技术,经过大量研究和实验,被成功应用在空间数据版权保护问题上。  居民地是地图表达中重要的、不可或缺的地图要素,其在城市规划、政府决策分析、学术研究等领域具有重要应用价值。而矢量居民地数据在传播、复制过程中难免会被窃取、盗版。因此,迫切需要研究一种保护居民地数据版权的方法。  目前,有关矢量地图数据的数字水印算法研究成果丰硕,而将现有这些水印算法移植到居民地数据上可能会损坏居民地数据精度或导致要素间拓扑关系的变化。鉴于此,本论文利用矢量零水印技术,结合矢量居民地数据特征及现有水印算法缺陷,对矢量居民地数据零水印算法进行了系统研究。  本论文取得以下一些研究成果及创新点:  (1)考虑到传统嵌入水印算法存在水印嵌入导致原始数据精度损失或拓扑关系的变化等不足,提出用零水印思想设计针对居民地数据的水印构造算法。  (2)在分析矢量居民地图形特征的基础上,提出一种基于顶点矢量的居民地零水印算法。其设计思路是:首先,利用Logistic混沌置乱方法对原始水印图像做加密处理;然后,计算居民地多边形的顶点矢量,并将所有居民地的顶点矢量映射成一个特征矩阵;最后,将该特征矩阵与置乱后的水印图像作异或运算实现零水印构造。  (3)针对(2)中提出的方法存在的不足,提出一种基于不变距和Hilbert码的矢量居民地零水印算法。其设计思路是:为增强零水印的抗裁剪能力,算法利用Hilbert编码对数据分块以便构造多个零水印。每块零水印的构造方法为:首先,利用Arnold技术置乱原始水印图像;然后,计算居民地图形的矢量不变矩集并将其映射成一个二值矩阵;最后,将置乱后的水印图像与不变矩集所映射的二值矩阵进行异或运算,完成零水印构造。  本论文分别对提出的上述两种算法进行了鲁棒性检验实验,实验结果表明,基于顶点矢量的居民地零水印算法能够有效抵抗几何攻击以及一定程度的裁剪攻击;基于不变距和Hilbert码的矢量居民地零水印算法对几何攻击、一定程度裁剪攻击以及10%以内的增、删点攻击等均具有良好的抵抗能力。
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