矢量数据水印方法及分发服务机制探讨

梁 磊，张志强，董 昊

（1.国家测绘地理信息局 第三地理信息制图院,四川 成都610100）

矢量数据水印方法及分发服务机制探讨

梁 磊1，张志强1，董 昊1

（1.国家测绘地理信息局 第三地理信息制图院,四川 成都610100）

针对当前测绘成果管理分散、服务效率低等问题，基于FTP与SSL传输协议，利用矢量数据脱密和数字水印嵌入技术设计了矢量数据的安全处理机制，给出了一种矢量数据的水印模型。在此基础上，利用OAIS模型和工作流机制设计了基础测绘成果管理分发工作流机制。为检验方法的有效性，将该技术集成到具体的基础测绘成果管理系统中。结果表明，给出的矢量数据水印方法和数据分发工作流机制是可行的，有助于保障基础测绘数据的安全，提高基础测绘数据成果分发服务的工作效率和科学管理水平。

基础测绘成果；FTP协议；数据脱密；数字水印；数据分发

1 数据组织

根据基础测绘成果的特点，结合数据类型、数据比例尺/分辨率、带号等建立文件数据库，采用FTP服务器分类分级的方式进行组织，对测绘成果数据进行标准化和规范化整理，将成果数据存储在文件数据库。

由于FTP服务器采用文件存储目录结构来组织，因此需要设计一个良好的文件目录检索机制，以便对文件目录进行快速高效的检索：①pdf等电子文档类非空间数据，建立文件目录索引表；光盘、底片、印刷地图、文本资料等，通过电子扫描一维码将数字信息存入数据库，再通过扫描条码建立索引。②4D产品、影像等空间成果数据根据数据比例尺和分辨率建立多边形要素类，结合图幅号建立空间目录索引，实现方便快捷的查询统计。目录数据库基于大型关系数据库Oracle存储和管理，以ArcSDE为空间数据库引擎进行数据操作。空间目录数据采用SDE的要素类形式存储，每个比例尺、类别的数据都是一个要素类。非空间数据以表形式存储。空间目录数据按照类型、比例尺/分辨率作为节点来划分，划分为几十个图层数据节点，按照需求显示不同的数据。

2 基于空间映射的矢量水印模型

数据分发过程中，通过分析涉密矢量数据精度控制要求及精度降低特征、数据结构特征，对地理核心要素对象采用适当的加密模型处理，基于矢量地理数据水印技术特征，采用基于集合映射的水印模型将水印信息（如数据提供单位、数据接收单位、分发编号、时间等）嵌入数字载体从而达到数据安全监管、数据源可靠性认证等目的[5]。

将文字字符按照文字编码方式转化为二进制位的水印信息[6]，当编码转换后达不到固定长度时，采用扩容的方法用固定的位序列对二进制位进行扩容生成，使嵌入的水印长度一致，有利于水印信息的提取。考虑到矢量地理空间数据具有精确的空间定位特性，数据较高位数值在一幅数据中变换很少，因此将坐标值中较高位数值作为映射参数。集合和映射思想是基于坐标值与水印序列位index （i）之间的映射关系，将对应的水印信息利用嵌入规则嵌入到坐标值中[7]。

水印信息w（i）嵌入小数点后t位，水印序列index（i）与小数点前s位建立映射关系，其中mi表示小数点后第i位，ni表示小数点前第i位，如图1所示。

把坐标文件中所有的坐标点按照其坐标值均匀地映射到[0，N-1]上，令映射函数为f（x，y），水印信息为W={w[i]}（0＜i＜N-1），即要求0＜f（x，y）＜N-1[8]。

水印模型可以表示为：

式（1）表示在x坐标中嵌入水印；⊕表示嵌入规则。

在数据分发中，对矢量数据进行加密处理，嵌入数字水印等安全措施，能有效保护数据版权、跟踪数据行踪、认证所有权，在矢量地理数据安全管理中具有重要意义，其中处理流程如图2所示。

图2 数据安全处理技术流程

3 数据管理分发服务机制

当前测绘成果的管理模式较为传统和分散，管理模式呈现迥异的特点，无法满足信息化测绘管理体系的标准化要求。引入开放档案信息参考模型（OAIS），实现测绘资料汇交、管理、分发一体化，能提高测绘档案资料的管理效率。OAIS 参考模型是由空间数据系统咨询委员会（CCSDS） 制定的标准， 2003 年作为ISO的标准（ISO14721 : 2003） 颁发， 其目的在于提供数字资源长期保存和存取规定的概念和参考模型，对基础测绘成果管理分发系统设计和实现有着重要的意义，如图3所示[9]。

图3 OAIS 参考模型

现有资料管理分发业务主要包括基础测绘资料汇交、质检、归档入库。结合OAIS模型，基于工作流机制建立基础测绘资料管理工作业务提交、管理、分发流程，实现信息化管理。

1） 提交。作业生产部门在接到测绘生产任务时，由生成设计室负责接收、收集、整理、保管，并制定作业标准和规范，分配测绘生产任务，然后组织作业人员进行作业。测绘任务完成时，由质检室统一进行成果审校，并提交测绘资料室进行成果验收、成果数据整编、资料归档、成果统计与成果数据入库。

2） 管理。数据管理根据具体业务流程可划分为测绘信息保存模块、元数据保存模块、目录数据保存模块、数据维护模块、权限控制模块、数据安全模块等。系统主要是对处理后的数字对象和元数据进行管理，并对存档和系统访问的操作进行权限控制、日志记录、检测、监控和数据查询，生成结果集，以及从结果集中给出统计报告。由于测绘数据的保密性，数据安全管理极其重要，系统应设置用户权限保证数据库访问安全，采用人工备份与定时备份相结合，保证系统稳定性。

3）分发。在用户有数据和服务需求时，用户进行注册登记、资质认证，然后审批、查询用户要求的数据，签署数据使用协议后将数据提交给用户。按照用户类别和权限，不同用户在数据成果分发流程上略有不同[10]。

图4 数据分发流程

4 应用实例

为检验本文方法的有效性，将基于空间映射的矢量数据水印模型集成到具体的基础测绘成果管理系统中，并建立专业的数据水印及工作流服务机制。在前面研究的基础上，基于WebGIS．Net、ArcEngine等编程技术实现了基础测绘成果管理分发系统，包括测绘成果管理模块和测绘成果分发模块。测绘成果管理功能包括数据入库管理、目录数据查询管理、数据提交管理、数据备份、水印设置、人员管理、日志管理；测绘成果分发功能包括数据申请、数据审批、数据分发等。系统初始化加载测绘成果辖区的基础电子地图和覆盖范围的不同比例尺地图，用户对测绘成果进行查询时，可以方便、快捷地进行空间查询和属性查询。

水印模型的参数及检测设置。通过矢量数据水印信息设置，数据在分发时自动添加水印信息，分发后的数据系统可检测出相应的水印信息，如图5所示。

图5 水印设置及其检测

用户申请数据后，管理员进行审批，查询用户要求的数据，签署数据使用协议，财务认证完成后将数据提交给用户，数据审核如图6所示。

图6 数据审核

5 结 语

基础测绘成果管理分发系统在数据管理和安全分发方面做了较深入的研究，在测绘成果组织管理上，结合矢量数据进行加密处理，嵌入数字水印，采用FTP文件库结合Oracle数据和SDE空间数据引擎，展示测绘成果数据目录，使成果数据能更直接、方便地服务于各个部门，有效地开展数据组织、安全管理。在数据管理分发上引入OAIS模型、工作流机制，建立基础测绘资料管理工作业务提交、管理、分发流程，实现信息化管理。研究结果表明，基于空间映射的矢量数据水印方法是可行的，实现了数据的安全共享及版权保护，并且没有破坏矢量数据的空间信息，为提高测绘成果分发服务工作效率和实现信息测绘化管理水平提供了一种有效的途径。

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1672-4623（2015）05-0066-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.05.022随着地理空间信息技术的快速发展，各行各业对基础测绘产品成果的需求日趋增强。测绘部门除了要完成基础测绘数据生产、建库、应用任务外，还面临海量基础测绘成果数据形成数据库成果后，如何高效管理空间数据、对外提供服务以及数据统一共享[1]等关键问题。因此，有必要构建一套方便、高效、安全的基础测绘成果管理分发服务机制。近年来，学者们针对矢量数据水印方法及管理分发服务进行了较为广泛的研究[2-4]。

梁磊，硕士，工程师，研究方向为地理信息系统原理及应用。

2014-09-03。

项目来源：数字制图与国土信息应用工程国家测绘地理信息局重点实验室开放基金资助项目（DM2013SC22、DM2013SC12）。