“吉印”数字水印：地理空间数据的守护神——访南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室朱长青教授

本刊记者 高慧娟

“吉印”数字水印：地理空间数据的守护神
——访南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室朱长青教授

本刊记者 高慧娟

地理空间数据是国家经济建设、国防安全、地球科学研究等领域的重要基础数据，是国家基础性、前瞻性、战略性信息资源。在网络化、数字化快速发展的今天，地理空间数据的获取、访问、传播、复制变得更为便捷，但由此带来的泄密、盗版、侵权、非法获利等版权、安全问题也更加突出。地理空间数据的安全问题涉及国家安全、国防安全、科技交流、知识产权保护、数字城市建设等多个领域，是目前迫切需要解决的重大问题。

传统的信息安全技术主要是加密技术，但密码一旦破译，数据就会彻底失控，导致数据安全性无法得到保障，这是传统加密技术无法解决的难题。数字水印技术是信息安全领域中近年来发展起来的前沿技术，能够很好的解决地理空间数据的安全保护难题，可广泛用于数据版权保护、分发、共享、生产管理、政务共享平台以及内容保护等领域。为了更深入了解这项技术，我们走访了在地理空间数据安全特别是数字水印领域成绩卓著的朱长青教授。

数字水印，让空间数据拥有自己的“DNA”

数字水印（D i g i t a l Watermarking）技术是指在数字化的数据内容中嵌入秘密水印信息（例如版权信息、用户信息、使用时间、使用范围等），通过水印与源数据的紧密结合并隐藏其中，成为源数据不可分离的一部分。数字水印的最初目的是为了保护版权，然而随着数据安全需求的增加，出现了越来越多新颖的应用方向。如今，数字水印技术可以用来确定版权拥有者、区分不同用户、跟踪侵权行为、认证所有权、认证数字内容来源的真实性、识别购买者等，在加强责任心、震慑非法行为、有据可查快查等方面发挥了重要作用，数字水印技术相当于让每一份空间数据都拥有了自己独一无二的“DNA”。

在国外，数字水印的研究受到政府、军方和高科技公司的大力支持和信赖。美国财政部、美国版权工作组、美国空军研究院、Adobe公司、IBM公司、微软公司、麻省理工学院等多家机构均投入了大量人力、物力开展研究，使得该技术的研究进展和市场应用得到快速发展。

我国学术界对数字水印技术的研究起步较晚，但也有相当一批具备强大实力的科研机构，在数字图像、音频、视频方面取得了较多研究成果。但是，在与国家安全、国防安全密切相关的地理空间数据安全领域的研究成果并不多见。

我国政府和军队有关部门对地理空间数据数字水印技术非常重视。从2006年起，先后开展了多项与地理空间数据数字水印有关的863项目，众多学者对数字水印技术开展了研究。但是，面对着地理空间数据独特的性质、复杂多样的格式类型、空间数据水印精度、鲁棒性、信息容量等多方面的问题，兼具实用、高效、可靠等特性的水印数学模型和具有实际应用价值的水印技术显得弥足珍贵。

需求告急，形势逼人，朱长青教授刻苦钻研，勇于创新，不负重望，终于在地理信息安全前沿技术研究方面取得了令人瞩目的成就。

“吉印”水印，开启地理空间数据安全保护新篇章

朱长青，南京师范大学特聘教授、博士生导师，解放军信息工程大学博士生导师，长期从事地理空间数据安全、地理空间数据不确定性等方面的研究工作。先后出版专著7部，发表论文140余篇，其中SCI收录10余篇。承担国家级、省部级项目30余项，其中包括主持了3项地理空间数据安全方面的国家级项目，获国家自然科学二等奖1项、省部级奖7项，获专利和软件著作权7项。近年来，他系统开展了地理信息安全理论和技术研究，特别在地理信息安全前沿技术——数字水印的研究中，提出了以“提高精度和增强抗攻击性”为核心的地理空间数据数字水印研究的新思想，创新性地构建了以小波分析、Fourier分析等为基础的地理空间数据综合水印模型，在地理空间数据水印研究中取得了多项重要突破。

朱长青教授带领团队从2006年起开始数字水印的研究，从起初的专门针对矢量数据的国家863项目开始，到后续的更为广泛的遥感影像、栅格地图、DEM以及三维模型、视频数据的水印技术研究，实现了现有空间数据产品保护的全覆盖。为了全面应用水印技术，朱长青教授和团队同仁一起研发了《“吉印”地理空间数据数字水印系统》，该系统于2011年3月和5月分别通过了军队和地方测绘部门组织的院士参加的评审，技术达到国际领先水平，受到了军方和政府地理空间数据主管部门的高度评价。该产品是目前国内唯一兼具全面、实用、高效、可靠等特性，且具备完全自主知识产权的地理空间数据数字水印系统，有效解决了空间数据水印技术中水印信息生成、数学建模、精度、鲁棒性、可用性等一系列关键技术难题。该水印系统能够在空间数据中嵌入版权、用户标识等水印信息，能够从数据中提取出嵌入的水印信息，为维护数据所有者的利益、控制数据的使用范围、提升数据的共享环境、保障数据的安全提供了安全、可靠、高效的技术手段。

《“吉印”地理空间数据数字水印系统》具有水印嵌入、水印检测和误差分析等功能。该系统支持矢量数据（军标、E00、Shape、Mif、Dwg、Dxf、Mdb、Dgn、Mapstar，MapGis格式、SuperMap格式等）、栅格地图、影像数据(Bmp、Tif、Jpg、Png、Img格式等）、DEM(Grid、Dem、Bil、Egc格式等)、视频数据、三维模型数据等多种数据产品的多种格式，在国内同类产品中支持格式数量保持遥遥领先，并且能够方便扩展应用于其它数据格式。

据朱长青教授介绍，“吉印”系统充分考虑到了用户的多方面需求，具有运行高效、数据格式丰富、批量处理、方便实用等特性；在信息容量方面利用映射机制，可以嵌入任意容量的水印信息，解决了长期困扰水印应用的信息容量受限的问题；在水印嵌入方面，采用融空间域、频率域算法于一体的综合水印算法，使水印系统在抗攻击性、精度控制性方面大大提高；在水印检测方面，“吉印”系统具备盲水印检测、能识别多级水印、同级之间没有冲突、误检率低等多种优异特性。

面向应用，“吉印”水印不断开拓创新

为了加快数字水印技术的发展，朱长青教授带领课题组开始了技术转化、技术市场化探索，希望通过现实应用和市场化需求促进水印技术进步和系统完善。

2008年起，朱长青教授与中国测绘科学研究院和总参**信息中心进行合作，开发“吉印”水印系统，迈开了水印技术应用的第一步。2009年起，朱长青教授就与地方与军队测绘、国土、导航等部门进行了全面的合作，研发更为全面、实用的水印系统，通过大数据的测试、试用，目前，“吉印”地理空间数据数字水印系统已成功应用于军队和地方的测绘、国土、规划、地质、导航、公安等20多个部门，主要用户包括：中国测绘科学研究院、中国地质调查研究中心、北京超图软件股份有限公司、北京四维图新科技股份有限公司、北京天地图公司、北京太极信息系统技术有限公司、总参**信息中心、南京**信息中心、南京**测绘大队、广州**测绘大队、**所、江苏省测绘局、四川省测绘局、珠海国土资源局、平顶山市测绘局、丽水建委等。另外，水印系统还正在多家单位试用并洽谈合作事宜。

最近，“吉印”地理空间数据数字水印系统又在共享平台、三维模型、视频水印方面取得重要突破。特别是将GPS数据作为水印信息嵌入到图像、视频数据中，开辟了地理空间数据水印技术应用的新局面。

“欲穷千里目，更上一层楼”，在记者发稿时，欣闻朱长青教授领衔申报的“我国地理信息安全的政策与法律研究”，获批2011年国家社科基金重大项目，朱长青教授展开了对数字水印应用的政策和法律研究，从而为数字水印的大规模应用构建了政策和法律依据。朱长青教授带领技术团队长期攻关、坚持创新、直面市场，走出了“产、学、研、用”的全新道路，相信朱教授一定能够在地理空间数据安全保护领域取得更大的成就！