瓦片数据版权保护方法及应用研究

 随着"天地图"等网站的建设与不断发展,地理信息资源的共建共享得到了积极推动。然而,网络环境下瓦片数据非法下载、违法使用等安全问题日益严重和突出,如何保护网络环境下瓦片数据版权是当前迫切需要解决的问题。为了节省存储空间,海量瓦片数据存储方式往往采用索引机制,这种存储机制与常见的图像、栅格地图等数据对水印技术的要求不同。本文首先着重分析了采用索引机制存储的瓦片数据特征及其对水印技术的要求;在水印信息生成方面,采用了m序列生成无意义水印信息,而在水印嵌入方面,提出了映射机制的瓦片数据数字水印嵌入算法,采用红色和绿色通道生成的映射函数,将水印信息嵌入到蓝色通道中,其中水印检测为水印嵌入的逆过程;最后,实现了水印技术的瓦片数据实时版权保护系统,并通过了实例验证。     

基于深度生成模型的河道砂建模方法

在传统的河道砂体建模方法中,基于目标建模的方法难以条件化,多点地质统计学难以再现连续河道砂体的形态,导致建模成果难以直接应用于油田生产。深度生成模型通过深度学习,可以生成足够精确的河道砂体模型,能再现复杂的河道砂体形态,很好地满足井点条件,弥补了传统建模算法的不足。在建模过程中,首先基于目标模拟方法与计算机匹配操作建立了20 000个河道砂体模型与对应的条件集,并结合变分自编码（VAE）与生成对抗网络（GAN）的理论,建立深度生成模型,其中包括分类器、编码器、解码器与判别器。将条件数据与真实模型输入深度生成模型中得到对应的河道砂体模型,通过大量的训练建立了可以生成满足井点条件的河道砂体的生成器,最后将井点数据输入生成器中建立相应的河道砂体模型。研究结果表明,深度生成模型建模算法与传统建模算法相比不仅展现出了连续、清晰的河道砂体,并且在给定的条件下可以生成多个河道砂体模型。该建模方法克服了传统河道砂建模方法的不足,为河道砂体储层建模提供了新的解决思路,建立的河道模型可为油田开发提供参考。      

基于生成对抗网络的动水驱动型滑坡状态识别方法

动水驱动型滑坡状态识别能更有效地辅助分析滑坡形变规律, 实现滑坡状态的准确识别对深入展开动水驱动型滑坡状态研究具有重要意义。针对目前动水驱动型滑坡突变状态研究较少, 难以获得相关特征, 从而导致状态识别性能不佳的问题, 提出了一种应用于动水驱动型滑坡状态识别的生成对抗网络学习方法。本方法通过构建滑坡状态监测数据矩阵, 依据少量数据样本设计合理的生成器网络完成对滑坡状态的数据扩增并设计判别器网络实现扩增数据的筛选, 通过对抗生成网络实现对滑坡状态的分类, 达到滑坡状态识别的目的。以三峡库区白水河滑坡为研究对象, 将降雨、库水位、深部位移和地表位移等多源监测数据进行了规范化处理, 设计生成器网络和对抗器网络完成了对滑坡状态数据的扩增, 设计滑坡状态识别生成对抗网络完成了对滑坡状态的分类和识别。结果表明, 生成对抗网络对滑坡状态识别具有较高的准确率。研究结果证实本方法能够对目标区域内的动水驱动型滑坡状态进行准确识别和分类, 可直接应用于工程实际。      

基于OpenStreetMap和90 m SRTM的地面站导航 电子地图实现

地面站导航电子地图是操作员用来监控无人驾驶装备的唯一平台,也是进行线路规划和自主决策的重要信息源。现有的导航电子地图一般存在价格昂贵、对高程数据支持不足以及依赖互联网等缺陷。本文提出了一种新的基于OpenStreetMap的地面站导航电子地图实现方法。首先,利用原始OSM数据搭建地图瓦片服务后台;然后将90 m SRTM高程数据处理成地形阴影和地形颜色渐变栅格文件;针对每个栅格文件,在瓦片服务后台的样式配置文件中添加相应图层并定义其渲染格式;最后,在地面站软件中实现地图客户端模块,向瓦片服务后台请求瓦片,并显示在地面站界面上。利用该方法实现的地面站导航电子地图可以提供0~18个缩放级别的中国范围的数据,显示0~13个缩放级别的立体地形地貌,并且无需互联网支持。本文使用该方法实现了某型无人机的地面站导航电子地图模块,并成功应用该无人机仿真系统。     

矢量瓦片并行构建与分布式存储模型研究

矢量瓦片体积小、生成效率高、支持动态交互,较传统栅格瓦片有诸多优势,是下一代互联网地图服务研究的重点。为了解决当前矢量瓦片研究中处理速度慢,扩展性差等问题,本文利用并行计算框架Spark进行矢量瓦片快速构建,通过自定义转换函数,将原始矢量数据GeoJson转换成mvt瓦片集;对于生成的矢量瓦片集,本文基于分布式内存文件系统Alluxio设计一个瓦片存储模型-VectorTileStore,模型以键值对进行数据存储,瓦片元数据占据前八个键值对,单个瓦片占据一个键值对,在数据写入的同时,基于键构建一个哈希索引,用于快速访问,模型兼容海量瓦片的组织存储,具有很强的扩展性。通过实验结果表明,本文提出的矢量瓦片并行构建算法较单机构建算法运行时间平均减少49.6%,分布式存储模型VectorTileStore较传统方案更适合海量矢量瓦片存储,存取时间效率更高。     

基于深度学习的遥感影像目标自动提取技术研究

为研究重要目标信息的自动化快速提取,本文基于PyTorch、CUDA等环境并在GPU运行下,利用CycleGAN算法进行深度学习的模型训练.通过GeoServer对谷歌影像进行地图切片等处理,制作上海市浦东新区的船舶、机场、岸线的训练数据集.模型训练后其模型测试的结果实现了基于高分辨率遥感影像的目标信息自动化提取的科学目标.比较目标地物如船舶、机场、岸线等的信息提取效果,结果表明3种瓦片等级尤其17级瓦片下进行的多种目标信息自动化提取效果均较好,且在地物目标监测及军事应用方面具有重要意义.     

面向多粒度时空对象数据模型的网络电子地图生成方法

传统网络电子地图生成是以要素进行组织的,在表达地理实体动态变化、关联关系以及多粒度特征时存在一定的局限性。而多粒度时空对象数据模型旨在解决现实世界到对象所组成的事物空间之间的映射这一科学问题,为时空实体的可视化提供了新的思路,为展示地图要素间复杂关联、多维动态等特征提供了模型基础和数据保证。本文将多粒度时空对象数据模型引入网络电子地图生成当中,渐进得改变了以往网络电子地图依靠图层数据生成的模式,基于多粒度时空对象的概念、模型框架以及数据存储与管理方式,提出了2种网络电子地图生成方法。一种是利用多粒度时空对象数据重建图层,为现有网络制图工具提供“中间件”,使其能够调度和使用多粒度时空对象数据;另一种是将多粒度时空对象数据和地图符号进行绑定,使网络电子地图不再依赖于图层而能根据多粒度时空对象动态更新,同时便于将对象之间的关系、组成结构等非结构化属性特征进行可视化。同时,本文通过实验验证了2种方法的可行性,为多粒度时空对象在网络电子制图领域的应用进行了有效实践。     

基于TileStache的多源投影矢量数据瓦片生成技术研究

瓦片技术的出现改变了传统Web GIS的服务架构,提高了地图数据请求响应的效率。针对多种地图投影类型或地理坐标的矢量数据在瓦片划分过程中遇到的问题,本文基于OGR地理数据模型,设计了多投影数据转换Python模块,扩展至开源应用程序Tile Stache,得到适用于多源投影矢量地理数据的瓦片生成工具OTile Tool;从而实现矢量地理数据瓦片的快速生成,为网络地理信息系统提供了表达地理信息的Geo JSON格式瓦片数据。     

应用于村镇信息自助平台的电子地图构件关键技术研究

从构件化村镇信息自助平台的低成本、易定制的特点出发,针对其中电子地图构件在地图浏览和交互查询中存在的网络负载大、响应速度慢等技术问题,研究了传统We-bGIS空间数据网络发布模式及其不足,探讨了基于AJAX、地图切片、多级缓存技术的电子地图发布解决方案,并实现了在村镇信息自助平台上的应用.     

遥感大数据实时渲染与交互可视化研究

数据可视化是遥感应用的重要服务出口。针对静态的预生成瓦片地图难以满足数据查看、地图配置、空间分析等专业应用问题,本文提出了一套面向遥感大数据的实时渲染与交互可视化的解决方案。在渲染节点构建影像的渲染瓦片结构,以提高数据的读取速度;在可视化服务上,提出“数据-计算”相一致的负载均衡策略,优化地图的渲染效率;在可视化服务方面,设计交互的地图服务接口。与传统技术的对比分析表明,该解决方案不但实现了遥感大数据的实时渲染与交互可视化,并且达到了与预生成瓦片地图服务相当的服务性能。基于这一解决方案,研发了遥感大数据的动态可视化原型,并在影像数据实时查看、可视化计算、可视化分析等方面开展了示范应用。     

基于归一化的矢量空间数据盲水印算法

对于鲁棒矢量空间数据水印技术而言,几何变换攻击是难以对付的一种攻击。现有的抗几何变换攻击算法难以抵抗顶点攻击,因此,借用数据归一化的思想,本文提出了一种归一化的矢量空间数据盲水印算法。该算法在嵌入水印前将空间数据的坐标值进行归一化处理,以实现对平移和缩放的不变性,并通过修改顶点坐标数据的归一化值来嵌入水印。水印被多次嵌入,实现了水印的盲提取。实验结果表明,该方法对平移、缩放、増删点、裁剪、压缩、要素排序、数据格式转换等攻击具有较好的鲁棒性,同时能控制水印嵌入引起空间数据误差的大小。     

矢量地图同态加密域鲁棒水印算法

同态加密技术可用于保护数据隐私并允许对密文数据进行算术操作,在云计算安全上有着很好的应用前景。本文针对云端地图水印系统,首次提出一种基于同态加密系统的矢量地图鲁棒水印方法。主要思想为：① 将地图坐标基于坐标变换转换为相对坐标。然后,基于量化步长,将相对坐标量化成整数坐标。最后,对整数量化坐标基于同态加密系统进行加密,形成密文地图;② 云端水印系统基于加密系统的同态特性,在密文地图中嵌入水印;③ 在接收端,数据用户解密含水印密文地图,并进行坐标逆变换,得到含水印明文地图。针对水印的不可见性及鲁棒性,本文做了一系列相关仿真实验。实验结果表明,本文提出的加密域水印算法具有很好的水印不可见性及鲁棒性,尤其对RST几何攻击具有很好的鲁棒性。     

自适应地图符号模型与原型系统的实现

随着计算机技术的进步,地图学中出现了电子地图等新型地图,在内容表达上发生了新的变化,但其地图符号的模型并没有取得相应的研究成果,以适应地图的新形式和新内容。本文对地图符号在地图新形式和新内容表达中存在的问题进行了分析,在自适应空间信息可视化系统理论成果的基础上,总结了自适应地图符号模型设计的原则,提出了树结构的自适应地图符号模型,设计了以树结构符号模型为核心的自适应地图符号系统模块,以及该模块和自适应空间信息可视化系统的其他模块间的接口;引入"晚绑定"的思想,实现了自适应地图符号编辑器原型系统,对树状地图符号模型的符号定义和符号集合图形数据部分进行了研究。     

一种基于DCT变换的数字水印算法在“天地图·广东”中的应用

地理信息公共服务通过云平台进行部署和发布,可以使得其应用于政府部门和社会的空间数据服务更加高效和稳定。然而,把对应的地图信息挂载在云平台供应商处同时也加大了防止电子地图被盗用的难度。本文针对"天地图?广东"的电子地图瓦片,提出了一种具有高鲁棒性、基于离散余弦变换(DCT)的数字水印算法,在寄存云端和公开发布的电子地图中隐藏生产单位版权的数字水印图片,藉此来跟踪、抵制"天地图"图片数据的非法流通,非法复制,有效地保护数据生产单位的合法权益。     

我国电子地图研制的实践及其发展方向

本文对我国电子地图的研制作了概述,并提出了今后发展方向。全文共分3个部分:(1)我国创作的已出版和制作的电子地图和电子地图集可区分阅读型、交互型和网络型3种;(2)介绍了面向对象的电子地图模型,建立电子地图图层创作模版和电子地图软件系统(EA-World)的开发,以及总结了电子地图设计的一些问题;(3)分析了电子地图今后研究方向.提出开展现代地图学理论研究,指导电子地图的创作,开展网络地图学研究,实现地图信息共享:以及进一步进行电子地图的数据模型和设计研究,提高电子地图创作质量。     

基于DCT域数字水印技术的DEM版权保护研究

探索适用于DEM的近无损自适应数字水印算法,以期为DEM版权保护提供有效的解决方案。首先,将水印嵌入在DEM地性线位置,以增强水印鲁棒性,实现水印嵌入位置的自适应。其次,从理论上研究在DCT域内,采用加性水印嵌入规则时,如何根据给定的DEM精度,并结合Watson视觉模型确定水印嵌入强度的问题,避免以往研究中或者通过反复实验确定嵌入强度,费时费力,或者由视觉模型确定而不能满足DEM精度要求的缺点,同时实现水印嵌入强度对地貌类型的自适应。结果表明,该算法既能满足水印的不可见性,又能实现DEM精度的近无损和提取等高线的近无损性要求,且具有良好的抗JPEG压缩、JPEG2000压缩和几何裁剪的能力。     

结合ASIFT和归一化的抗仿射变换遥感影像盲水印算法

针对遥感影像使用过程中,含水印影像经过仿射变换后水印与影像的同步性被破坏,导致水印无法正常检测的问题,本文提出了一种适用于遥感影像的抗仿射变换盲水印算法。首先通过ASIFT算法提取影像具有仿射不变性的特征点,根据特征尺度的大小与特征点间的欧式距离筛选适量特征点,构造对应的正方形特征区域;然后通过计算特征区域的仿射不变矩得出归一化变换函数的参数,对特征区域进行归一化处理,并以归一化特征区域的不变质心为中心提取子区域作为水印嵌入区域,对该区域进行二级离散小波变换,得到水印嵌入区域的低频信息;运用量化嵌入规则将水印嵌入到低频信息中,依次进行低频信息逆小波变换,水印嵌入前后特征区域差值图像反归一化,最后将反归一化差值图像叠加在原始影像特征区域上,完成水印的嵌入。实验选用了3000像素×3000像素的高分二号遥感影像作为载体影像,含版权信息的二值图像作为水印,实验表明：含水印的遥感影像经过旋转、平移、缩放在内的仿射变换后,仍能准确提取水印信息;算法可有效抵抗加噪、滤波、裁剪等常规水印攻击,攻击后影像提取的水印与原水印相关系数均高于0.9;水印具有良好不可感知性;在水印提取时无需原始遥感影像,属于盲水印算法。