本刊記者 高慧娟

“吉印”數(shù)字水?。旱乩砜臻g數(shù)據(jù)的守護(hù)神
——訪南京師范大學(xué)虛擬地理環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室朱長青教授

本刊記者 高慧娟

地理空間數(shù)據(jù)是國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防安全、地球科學(xué)研究等領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是國家基礎(chǔ)性、前瞻性、戰(zhàn)略性信息資源。在網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化快速發(fā)展的今天，地理空間數(shù)據(jù)的獲取、訪問、傳播、復(fù)制變得更為便捷，但由此帶來的泄密、盜版、侵權(quán)、非法獲利等版權(quán)、安全問題也更加突出。地理空間數(shù)據(jù)的安全問題涉及國家安全、國防安全、科技交流、知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)、數(shù)字城市建設(shè)等多個領(lǐng)域，是目前迫切需要解決的重大問題。

傳統(tǒng)的信息安全技術(shù)主要是加密技術(shù)，但密碼一旦破譯，數(shù)據(jù)就會徹底失控，導(dǎo)致數(shù)據(jù)安全性無法得到保障，這是傳統(tǒng)加密技術(shù)無法解決的難題。數(shù)字水印技術(shù)是信息安全領(lǐng)域中近年來發(fā)展起來的前沿技術(shù)，能夠很好的解決地理空間數(shù)據(jù)的安全保護(hù)難題，可廣泛用于數(shù)據(jù)版權(quán)保護(hù)、分發(fā)、共享、生產(chǎn)管理、政務(wù)共享平臺以及內(nèi)容保護(hù)等領(lǐng)域。為了更深入了解這項(xiàng)技術(shù)，我們走訪了在地理空間數(shù)據(jù)安全特別是數(shù)字水印領(lǐng)域成績卓著的朱長青教授。

數(shù)字水印，讓空間數(shù)據(jù)擁有自己的“DNA”

數(shù)字水印（D i g i t a l Watermarking）技術(shù)是指在數(shù)字化的數(shù)據(jù)內(nèi)容中嵌入秘密水印信息（例如版權(quán)信息、用戶信息、使用時間、使用范圍等），通過水印與源數(shù)據(jù)的緊密結(jié)合并隱藏其中，成為源數(shù)據(jù)不可分離的一部分。數(shù)字水印的最初目的是為了保護(hù)版權(quán)，然而隨著數(shù)據(jù)安全需求的增加，出現(xiàn)了越來越多新穎的應(yīng)用方向。如今，數(shù)字水印技術(shù)可以用來確定版權(quán)擁有者、區(qū)分不同用戶、跟蹤侵權(quán)行為、認(rèn)證所有權(quán)、認(rèn)證數(shù)字內(nèi)容來源的真實(shí)性、識別購買者等，在加強(qiáng)責(zé)任心、震懾非法行為、有據(jù)可查快查等方面發(fā)揮了重要作用，數(shù)字水印技術(shù)相當(dāng)于讓每一份空間數(shù)據(jù)都擁有了自己獨(dú)一無二的“DNA”。

在國外，數(shù)字水印的研究受到政府、軍方和高科技公司的大力支持和信賴。美國財(cái)政部、美國版權(quán)工作組、美國空軍研究院、Adobe公司、IBM公司、微軟公司、麻省理工學(xué)院等多家機(jī)構(gòu)均投入了大量人力、物力開展研究，使得該技術(shù)的研究進(jìn)展和市場應(yīng)用得到快速發(fā)展。

我國學(xué)術(shù)界對數(shù)字水印技術(shù)的研究起步較晚，但也有相當(dāng)一批具備強(qiáng)大實(shí)力的科研機(jī)構(gòu)，在數(shù)字圖像、音頻、視頻方面取得了較多研究成果。但是，在與國家安全、國防安全密切相關(guān)的地理空間數(shù)據(jù)安全領(lǐng)域的研究成果并不多見。

我國政府和軍隊(duì)有關(guān)部門對地理空間數(shù)據(jù)數(shù)字水印技術(shù)非常重視。從2006年起，先后開展了多項(xiàng)與地理空間數(shù)據(jù)數(shù)字水印有關(guān)的863項(xiàng)目，眾多學(xué)者對數(shù)字水印技術(shù)開展了研究。但是，面對著地理空間數(shù)據(jù)獨(dú)特的性質(zhì)、復(fù)雜多樣的格式類型、空間數(shù)據(jù)水印精度、魯棒性、信息容量等多方面的問題，兼具實(shí)用、高效、可靠等特性的水印數(shù)學(xué)模型和具有實(shí)際應(yīng)用價值的水印技術(shù)顯得彌足珍貴。

需求告急，形勢逼人，朱長青教授刻苦鉆研，勇于創(chuàng)新，不負(fù)重望，終于在地理信息安全前沿技術(shù)研究方面取得了令人矚目的成就。

“吉印”水印，開啟地理空間數(shù)據(jù)安全保護(hù)新篇章

朱長青，南京師范大學(xué)特聘教授、博士生導(dǎo)師，解放軍信息工程大學(xué)博士生導(dǎo)師，長期從事地理空間數(shù)據(jù)安全、地理空間數(shù)據(jù)不確定性等方面的研究工作。先后出版專著7部，發(fā)表論文140余篇，其中SCI收錄10余篇。承擔(dān)國家級、省部級項(xiàng)目30余項(xiàng)，其中包括主持了3項(xiàng)地理空間數(shù)據(jù)安全方面的國家級項(xiàng)目，獲國家自然科學(xué)二等獎1項(xiàng)、省部級獎7項(xiàng)，獲專利和軟件著作權(quán)7項(xiàng)。近年來，他系統(tǒng)開展了地理信息安全理論和技術(shù)研究，特別在地理信息安全前沿技術(shù)——數(shù)字水印的研究中，提出了以“提高精度和增強(qiáng)抗攻擊性”為核心的地理空間數(shù)據(jù)數(shù)字水印研究的新思想，創(chuàng)新性地構(gòu)建了以小波分析、Fourier分析等為基礎(chǔ)的地理空間數(shù)據(jù)綜合水印模型，在地理空間數(shù)據(jù)水印研究中取得了多項(xiàng)重要突破。

朱長青教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從2006年起開始數(shù)字水印的研究，從起初的專門針對矢量數(shù)據(jù)的國家863項(xiàng)目開始，到后續(xù)的更為廣泛的遙感影像、柵格地圖、DEM以及三維模型、視頻數(shù)據(jù)的水印技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有空間數(shù)據(jù)產(chǎn)品保護(hù)的全覆蓋。為了全面應(yīng)用水印技術(shù)，朱長青教授和團(tuán)隊(duì)同仁一起研發(fā)了《“吉印”地理空間數(shù)據(jù)數(shù)字水印系統(tǒng)》，該系統(tǒng)于2011年3月和5月分別通過了軍隊(duì)和地方測繪部門組織的院士參加的評審，技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，受到了軍方和政府地理空間數(shù)據(jù)主管部門的高度評價。該產(chǎn)品是目前國內(nèi)唯一兼具全面、實(shí)用、高效、可靠等特性，且具備完全自主知識產(chǎn)權(quán)的地理空間數(shù)據(jù)數(shù)字水印系統(tǒng)，有效解決了空間數(shù)據(jù)水印技術(shù)中水印信息生成、數(shù)學(xué)建模、精度、魯棒性、可用性等一系列關(guān)鍵技術(shù)難題。該水印系統(tǒng)能夠在空間數(shù)據(jù)中嵌入版權(quán)、用戶標(biāo)識等水印信息，能夠從數(shù)據(jù)中提取出嵌入的水印信息，為維護(hù)數(shù)據(jù)所有者的利益、控制數(shù)據(jù)的使用范圍、提升數(shù)據(jù)的共享環(huán)境、保障數(shù)據(jù)的安全提供了安全、可靠、高效的技術(shù)手段。

《“吉印”地理空間數(shù)據(jù)數(shù)字水印系統(tǒng)》具有水印嵌入、水印檢測和誤差分析等功能。該系統(tǒng)支持矢量數(shù)據(jù)（軍標(biāo)、E00、Shape、Mif、Dwg、Dxf、Mdb、Dgn、Mapstar，MapGis格式、SuperMap格式等）、柵格地圖、影像數(shù)據(jù)(Bmp、Tif、Jpg、Png、Img格式等）、DEM(Grid、Dem、Bil、Egc格式等)、視頻數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)產(chǎn)品的多種格式，在國內(nèi)同類產(chǎn)品中支持格式數(shù)量保持遙遙領(lǐng)先，并且能夠方便擴(kuò)展應(yīng)用于其它數(shù)據(jù)格式。

據(jù)朱長青教授介紹，“吉印”系統(tǒng)充分考慮到了用戶的多方面需求，具有運(yùn)行高效、數(shù)據(jù)格式豐富、批量處理、方便實(shí)用等特性；在信息容量方面利用映射機(jī)制，可以嵌入任意容量的水印信息，解決了長期困擾水印應(yīng)用的信息容量受限的問題；在水印嵌入方面，采用融空間域、頻率域算法于一體的綜合水印算法，使水印系統(tǒng)在抗攻擊性、精度控制性方面大大提高；在水印檢測方面，“吉印”系統(tǒng)具備盲水印檢測、能識別多級水印、同級之間沒有沖突、誤檢率低等多種優(yōu)異特性。

面向應(yīng)用，“吉印”水印不斷開拓創(chuàng)新

為了加快數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展，朱長青教授帶領(lǐng)課題組開始了技術(shù)轉(zhuǎn)化、技術(shù)市場化探索，希望通過現(xiàn)實(shí)應(yīng)用和市場化需求促進(jìn)水印技術(shù)進(jìn)步和系統(tǒng)完善。

2008年起，朱長青教授與中國測繪科學(xué)研究院和總參**信息中心進(jìn)行合作，開發(fā)“吉印”水印系統(tǒng)，邁開了水印技術(shù)應(yīng)用的第一步。2009年起，朱長青教授就與地方與軍隊(duì)測繪、國土、導(dǎo)航等部門進(jìn)行了全面的合作，研發(fā)更為全面、實(shí)用的水印系統(tǒng)，通過大數(shù)據(jù)的測試、試用，目前，“吉印”地理空間數(shù)據(jù)數(shù)字水印系統(tǒng)已成功應(yīng)用于軍隊(duì)和地方的測繪、國土、規(guī)劃、地質(zhì)、導(dǎo)航、公安等20多個部門，主要用戶包括：中國測繪科學(xué)研究院、中國地質(zhì)調(diào)查研究中心、北京超圖軟件股份有限公司、北京四維圖新科技股份有限公司、北京天地圖公司、北京太極信息系統(tǒng)技術(shù)有限公司、總參**信息中心、南京**信息中心、南京**測繪大隊(duì)、廣州**測繪大隊(duì)、**所、江蘇省測繪局、四川省測繪局、珠海國土資源局、平頂山市測繪局、麗水建委等。另外，水印系統(tǒng)還正在多家單位試用并洽談合作事宜。

最近，“吉印”地理空間數(shù)據(jù)數(shù)字水印系統(tǒng)又在共享平臺、三維模型、視頻水印方面取得重要突破。特別是將GPS數(shù)據(jù)作為水印信息嵌入到圖像、視頻數(shù)據(jù)中，開辟了地理空間數(shù)據(jù)水印技術(shù)應(yīng)用的新局面。

“欲窮千里目，更上一層樓”，在記者發(fā)稿時，欣聞朱長青教授領(lǐng)銜申報(bào)的“我國地理信息安全的政策與法律研究”，獲批2011年國家社科基金重大項(xiàng)目，朱長青教授展開了對數(shù)字水印應(yīng)用的政策和法律研究，從而為數(shù)字水印的大規(guī)模應(yīng)用構(gòu)建了政策和法律依據(jù)。朱長青教授帶領(lǐng)技術(shù)團(tuán)隊(duì)長期攻關(guān)、堅(jiān)持創(chuàng)新、直面市場，走出了“產(chǎn)、學(xué)、研、用”的全新道路，相信朱教授一定能夠在地理空間數(shù)據(jù)安全保護(hù)領(lǐng)域取得更大的成就！