梁 磊，張志強(qiáng)，董 昊

（1.國(guó)家測(cè)繪地理信息局 第三地理信息制圖院,四川 成都610100）

矢量數(shù)據(jù)水印方法及分發(fā)服務(wù)機(jī)制探討

梁 磊1，張志強(qiáng)1，董 昊1

（1.國(guó)家測(cè)繪地理信息局 第三地理信息制圖院,四川 成都610100）

針對(duì)當(dāng)前測(cè)繪成果管理分散、服務(wù)效率低等問(wèn)題，基于FTP與SSL傳輸協(xié)議，利用矢量數(shù)據(jù)脫密和數(shù)字水印嵌入技術(shù)設(shè)計(jì)了矢量數(shù)據(jù)的安全處理機(jī)制，給出了一種矢量數(shù)據(jù)的水印模型。在此基礎(chǔ)上，利用OAIS模型和工作流機(jī)制設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)測(cè)繪成果管理分發(fā)工作流機(jī)制。為檢驗(yàn)方法的有效性，將該技術(shù)集成到具體的基礎(chǔ)測(cè)繪成果管理系統(tǒng)中。結(jié)果表明，給出的矢量數(shù)據(jù)水印方法和數(shù)據(jù)分發(fā)工作流機(jī)制是可行的，有助于保障基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)的安全，提高基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)成果分發(fā)服務(wù)的工作效率和科學(xué)管理水平。

基礎(chǔ)測(cè)繪成果；FTP協(xié)議；數(shù)據(jù)脫密；數(shù)字水?。粩?shù)據(jù)分發(fā)

1 數(shù)據(jù)組織

根據(jù)基礎(chǔ)測(cè)繪成果的特點(diǎn)，結(jié)合數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)比例尺/分辨率、帶號(hào)等建立文件數(shù)據(jù)庫(kù)，采用FTP服務(wù)器分類分級(jí)的方式進(jìn)行組織，對(duì)測(cè)繪成果數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化整理，將成果數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在文件數(shù)據(jù)庫(kù)。

由于FTP服務(wù)器采用文件存儲(chǔ)目錄結(jié)構(gòu)來(lái)組織，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)良好的文件目錄檢索機(jī)制，以便對(duì)文件目錄進(jìn)行快速高效的檢索：①pdf等電子文檔類非空間數(shù)據(jù)，建立文件目錄索引表；光盤、底片、印刷地圖、文本資料等，通過(guò)電子掃描一維碼將數(shù)字信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)，再通過(guò)掃描條碼建立索引。②4D產(chǎn)品、影像等空間成果數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)比例尺和分辨率建立多邊形要素類，結(jié)合圖幅號(hào)建立空間目錄索引，實(shí)現(xiàn)方便快捷的查詢統(tǒng)計(jì)。目錄數(shù)據(jù)庫(kù)基于大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)Oracle存儲(chǔ)和管理，以ArcSDE為空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎進(jìn)行數(shù)據(jù)操作?？臻g目錄數(shù)據(jù)采用SDE的要素類形式存儲(chǔ)，每個(gè)比例尺、類別的數(shù)據(jù)都是一個(gè)要素類。非空間數(shù)據(jù)以表形式存儲(chǔ)。空間目錄數(shù)據(jù)按照類型、比例尺/分辨率作為節(jié)點(diǎn)來(lái)劃分，劃分為幾十個(gè)圖層數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，按照需求顯示不同的數(shù)據(jù)。

2 基于空間映射的矢量水印模型

數(shù)據(jù)分發(fā)過(guò)程中，通過(guò)分析涉密矢量數(shù)據(jù)精度控制要求及精度降低特征、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征，對(duì)地理核心要素對(duì)象采用適當(dāng)?shù)募用苣Ｐ吞幚?，基于矢量地理?shù)據(jù)水印技術(shù)特征，采用基于集合映射的水印模型將水印信息（如數(shù)據(jù)提供單位、數(shù)據(jù)接收單位、分發(fā)編號(hào)、時(shí)間等）嵌入數(shù)字載體從而達(dá)到數(shù)據(jù)安全監(jiān)管、數(shù)據(jù)源可靠性認(rèn)證等目的[5]。

將文字字符按照文字編碼方式轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制位的水印信息[6]，當(dāng)編碼轉(zhuǎn)換后達(dá)不到固定長(zhǎng)度時(shí)，采用擴(kuò)容的方法用固定的位序列對(duì)二進(jìn)制位進(jìn)行擴(kuò)容生成，使嵌入的水印長(zhǎng)度一致，有利于水印信息的提取?？紤]到矢量地理空間數(shù)據(jù)具有精確的空間定位特性，數(shù)據(jù)較高位數(shù)值在一幅數(shù)據(jù)中變換很少，因此將坐標(biāo)值中較高位數(shù)值作為映射參數(shù)。集合和映射思想是基于坐標(biāo)值與水印序列位index （i）之間的映射關(guān)系，將對(duì)應(yīng)的水印信息利用嵌入規(guī)則嵌入到坐標(biāo)值中[7]。

水印信息w（i）嵌入小數(shù)點(diǎn)后t位，水印序列index（i）與小數(shù)點(diǎn)前s位建立映射關(guān)系，其中mi表示小數(shù)點(diǎn)后第i位，ni表示小數(shù)點(diǎn)前第i位，如圖1所示。

把坐標(biāo)文件中所有的坐標(biāo)點(diǎn)按照其坐標(biāo)值均勻地映射到[0，N-1]上，令映射函數(shù)為f（x，y），水印信息為W={w[i]}（0＜i＜N-1），即要求0＜f（x，y）＜N-1[8]。

水印模型可以表示為：

式（1）表示在x坐標(biāo)中嵌入水??；⊕表示嵌入規(guī)則。

在數(shù)據(jù)分發(fā)中，對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，嵌入數(shù)字水印等安全措施，能有效保護(hù)數(shù)據(jù)版權(quán)、跟蹤數(shù)據(jù)行蹤、認(rèn)證所有權(quán)，在矢量地理數(shù)據(jù)安全管理中具有重要意義，其中處理流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)安全處理技術(shù)流程

3 數(shù)據(jù)管理分發(fā)服務(wù)機(jī)制

當(dāng)前測(cè)繪成果的管理模式較為傳統(tǒng)和分散，管理模式呈現(xiàn)迥異的特點(diǎn)，無(wú)法滿足信息化測(cè)繪管理體系的標(biāo)準(zhǔn)化要求。引入開(kāi)放檔案信息參考模型（OAIS），實(shí)現(xiàn)測(cè)繪資料匯交、管理、分發(fā)一體化，能提高測(cè)繪檔案資料的管理效率。OAIS 參考模型是由空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(huì)（CCSDS） 制定的標(biāo)準(zhǔn)， 2003 年作為ISO的標(biāo)準(zhǔn)（ISO14721 : 2003） 頒發(fā)， 其目的在于提供數(shù)字資源長(zhǎng)期保存和存取規(guī)定的概念和參考模型，對(duì)基礎(chǔ)測(cè)繪成果管理分發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)有著重要的意義，如圖3所示[9]。

圖3 OAIS 參考模型

現(xiàn)有資料管理分發(fā)業(yè)務(wù)主要包括基礎(chǔ)測(cè)繪資料匯交、質(zhì)檢、歸檔入庫(kù)。結(jié)合OAIS模型，基于工作流機(jī)制建立基礎(chǔ)測(cè)繪資料管理工作業(yè)務(wù)提交、管理、分發(fā)流程，實(shí)現(xiàn)信息化管理。

1） 提交。作業(yè)生產(chǎn)部門在接到測(cè)繪生產(chǎn)任務(wù)時(shí)，由生成設(shè)計(jì)室負(fù)責(zé)接收、收集、整理、保管，并制定作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，分配測(cè)繪生產(chǎn)任務(wù)，然后組織作業(yè)人員進(jìn)行作業(yè)。測(cè)繪任務(wù)完成時(shí)，由質(zhì)檢室統(tǒng)一進(jìn)行成果審校，并提交測(cè)繪資料室進(jìn)行成果驗(yàn)收、成果數(shù)據(jù)整編、資料歸檔、成果統(tǒng)計(jì)與成果數(shù)據(jù)入庫(kù)。

2） 管理。數(shù)據(jù)管理根據(jù)具體業(yè)務(wù)流程可劃分為測(cè)繪信息保存模塊、元數(shù)據(jù)保存模塊、目錄數(shù)據(jù)保存模塊、數(shù)據(jù)維護(hù)模塊、權(quán)限控制模塊、數(shù)據(jù)安全模塊等。系統(tǒng)主要是對(duì)處理后的數(shù)字對(duì)象和元數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并對(duì)存檔和系統(tǒng)訪問(wèn)的操作進(jìn)行權(quán)限控制、日志記錄、檢測(cè)、監(jiān)控和數(shù)據(jù)查詢，生成結(jié)果集，以及從結(jié)果集中給出統(tǒng)計(jì)報(bào)告。由于測(cè)繪數(shù)據(jù)的保密性，數(shù)據(jù)安全管理極其重要，系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置用戶權(quán)限保證數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)安全，采用人工備份與定時(shí)備份相結(jié)合，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3）分發(fā)。在用戶有數(shù)據(jù)和服務(wù)需求時(shí)，用戶進(jìn)行注冊(cè)登記、資質(zhì)認(rèn)證，然后審批、查詢用戶要求的數(shù)據(jù)，簽署數(shù)據(jù)使用協(xié)議后將數(shù)據(jù)提交給用戶。按照用戶類別和權(quán)限，不同用戶在數(shù)據(jù)成果分發(fā)流程上略有不同[10]。

圖4 數(shù)據(jù)分發(fā)流程

4 應(yīng)用實(shí)例

為檢驗(yàn)本文方法的有效性，將基于空間映射的矢量數(shù)據(jù)水印模型集成到具體的基礎(chǔ)測(cè)繪成果管理系統(tǒng)中，并建立專業(yè)的數(shù)據(jù)水印及工作流服務(wù)機(jī)制。在前面研究的基礎(chǔ)上，基于WebGIS．Net、ArcEngine等編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)測(cè)繪成果管理分發(fā)系統(tǒng)，包括測(cè)繪成果管理模塊和測(cè)繪成果分發(fā)模塊。測(cè)繪成果管理功能包括數(shù)據(jù)入庫(kù)管理、目錄數(shù)據(jù)查詢管理、數(shù)據(jù)提交管理、數(shù)據(jù)備份、水印設(shè)置、人員管理、日志管理；測(cè)繪成果分發(fā)功能包括數(shù)據(jù)申請(qǐng)、數(shù)據(jù)審批、數(shù)據(jù)分發(fā)等。系統(tǒng)初始化加載測(cè)繪成果轄區(qū)的基礎(chǔ)電子地圖和覆蓋范圍的不同比例尺地圖，用戶對(duì)測(cè)繪成果進(jìn)行查詢時(shí)，可以方便、快捷地進(jìn)行空間查詢和屬性查詢。

水印模型的參數(shù)及檢測(cè)設(shè)置。通過(guò)矢量數(shù)據(jù)水印信息設(shè)置，數(shù)據(jù)在分發(fā)時(shí)自動(dòng)添加水印信息，分發(fā)后的數(shù)據(jù)系統(tǒng)可檢測(cè)出相應(yīng)的水印信息，如圖5所示。

圖5 水印設(shè)置及其檢測(cè)

用戶申請(qǐng)數(shù)據(jù)后，管理員進(jìn)行審批，查詢用戶要求的數(shù)據(jù)，簽署數(shù)據(jù)使用協(xié)議，財(cái)務(wù)認(rèn)證完成后將數(shù)據(jù)提交給用戶，數(shù)據(jù)審核如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)審核

5 結(jié) 語(yǔ)

基礎(chǔ)測(cè)繪成果管理分發(fā)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)管理和安全分發(fā)方面做了較深入的研究，在測(cè)繪成果組織管理上，結(jié)合矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，嵌入數(shù)字水印，采用FTP文件庫(kù)結(jié)合Oracle數(shù)據(jù)和SDE空間數(shù)據(jù)引擎，展示測(cè)繪成果數(shù)據(jù)目錄，使成果數(shù)據(jù)能更直接、方便地服務(wù)于各個(gè)部門，有效地開(kāi)展數(shù)據(jù)組織、安全管理。在數(shù)據(jù)管理分發(fā)上引入OAIS模型、工作流機(jī)制，建立基礎(chǔ)測(cè)繪資料管理工作業(yè)務(wù)提交、管理、分發(fā)流程，實(shí)現(xiàn)信息化管理。研究結(jié)果表明，基于空間映射的矢量數(shù)據(jù)水印方法是可行的，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的安全共享及版權(quán)保護(hù)，并且沒(méi)有破壞矢量數(shù)據(jù)的空間信息，為提高測(cè)繪成果分發(fā)服務(wù)工作效率和實(shí)現(xiàn)信息測(cè)繪化管理水平提供了一種有效的途徑。

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1672-4623（2015）05-0066-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.05.022隨著地理空間信息技術(shù)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)基礎(chǔ)測(cè)繪產(chǎn)品成果的需求日趨增強(qiáng)。測(cè)繪部門除了要完成基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)生產(chǎn)、建庫(kù)、應(yīng)用任務(wù)外，還面臨海量基礎(chǔ)測(cè)繪成果數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)庫(kù)成果后，如何高效管理空間數(shù)據(jù)、對(duì)外提供服務(wù)以及數(shù)據(jù)統(tǒng)一共享[1]等關(guān)鍵問(wèn)題。因此，有必要構(gòu)建一套方便、高效、安全的基礎(chǔ)測(cè)繪成果管理分發(fā)服務(wù)機(jī)制。近年來(lái)，學(xué)者們針對(duì)矢量數(shù)據(jù)水印方法及管理分發(fā)服務(wù)進(jìn)行了較為廣泛的研究[2-4]。

梁磊，碩士，工程師，研究方向?yàn)榈乩硇畔⑾到y(tǒng)原理及應(yīng)用。

2014-09-03。

項(xiàng)目來(lái)源：數(shù)字制圖與國(guó)土信息應(yīng)用工程國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目（DM2013SC22、DM2013SC12）。