网络地图数字水印版权服务系统实现与应用

刘金香

摘  要：大数据环境下地图服务与测绘成果版权保护是一个亟待解决的矛盾问题，数字水印技术是一种有效的版权保护措施，但水印的加入与检索需要专门的技术方法，限制了水印技术的应用。针对该情况该文设计了网络地图数字水印版权服务系统，研究了其基本原理、系统设计、关键技术3个方面，应用C#语言开发，实现了一个基于B/S模式的数字水印服务系统。最后应用实例验证，证明了方法的可行性。

关键词：数字水印  网络地图  大数据  版权认证服务

中图分类号：TP309   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）05（c）-0007-04

Abstract： Copyright protection of map services and surveying and mapping results in big data environment is an urgent problem to be solved. Digital watermarking technology is an effective copyright protection measure. However， the addition and retrieval of watermark require special technical methods， which limit the application of watermark technology. In view of this situation， this paper designs the digital watermark copyright service system of network map， and studies its basic principle， system design and key technology in the following three aspects. A digital watermarking service system based on B/S mode is developed by using C# language. Finally， an example is used to verify the feasibility of the proposed method.

Key Words： Digital watermark; Network map; Big data; Copyright certification service

借助于高速的互联网技术，具有大数据特征的网络地图数据简化了信息的交换与传播，却又使得恶意攻击者可以轻易对其进行篡改和非法使用。而网络地图具有生产成本高、精度高、经济和军事战略意义突出、重用价值高的特点，它是整个社会的重要资源，恶意攻击行为可能造成极为严重的政治经济损失[1]。非法分子可以通过爬虫软件[2]等获取大量网络地图，严重危害所有者权益。因此，大数据环境下地图服务与测绘成果版权保护已成为企业和国家迫切需要解决的难题，数字水印是一种有效的保护措施。

数字水印技术能够将用户所需的信息嵌入到各种数字载体中，不会对数据的可用性造成破坏，是实现防伪溯源、版权保护的有效办法。在发生版权纠纷时，通过将隐藏的内容提取出来以验证产品的身份，可作为司法鉴定和个人权益保护的重要依据。但是数字水印的加入与检索需要专业的技术方法，限制了水印技术在网络地图中的应用与发展。该文系统通过提供在线水印处理，以保护网络地图安全。

1  基本原理

网络地图数据主要分为栅格数据与矢量数据两种形式，针对两种形式的数字水印嵌入，需要选取合适的算法以确保嵌入内容不會对网络地图的精度以及使用造成不可忽略的副作用。

早在1993年，美国国防部国家测绘局（NIMA）就开始了数字矢量数据水印技术的探索[3，4]，近年来，国内外也取得了很多研究成果。曹刘娟等[5]针对目前矢量地图多边曲线为载体的传统水印算法，提出一种基于视觉不可感知的二维矢量地图可逆水印算法，保证精度需要。孙俞超等[6]提出一种基于节点特征的矢量数据零水印算法，该方案在几何变换、简化、数扰动等攻击下具有较好的鲁棒性，并且添加多重密钥保证了算法的安全性。2017年，Marzieh Amini等[7]提出一种新的基于矢量的局部最优水印检测方法。

由于栅格数据水印技术的广泛应用，相关研究进展比矢量数据更快，在地理数据方面的应用主要集中于栅格地图、遥感影像等方面。另外，尽管栅格地理数据与普通图像（比如日常生活中的照片、视频等）在物理性质与构造性质方面相似，但是其特有的可量测、易分析和高精度的特性对其数据处理提出了不同的要求。王勋等[8]提出一种基于栅格地图特征的零水印算法，计算简单，具有较好的隐蔽性和安全性。

针对两种地图数据不同的特征，选取现存且适宜的算法，实现网络地图的版权保护系统。网络地图的数字水印构造[9]与检测[10]过程如图1所示。

2  系统设计与关键技术实现

2.1 系统设计

系统采用B/S（Browser/Server）架构模式[11]，集成网络地图存储、处理与展示服务，并提供开发人员选项，为专业开发人员提供技术应用平台[12，13]。集成于大数据内容服务系统的版权保护模式设计可借鉴大数据存储系统模型设计与ISO（国际标准化组织）开放系统互连参考模型。该系统将网络地图版权保护系统分为资源层、数据分析层、功能层、接口层与表示层5个模块，各模块之间实现交互，形成有机的整体，如图2所示。

系统实现思路为：从大数据版权保护模式出发，通过数字水印添加，保证网络地图的安全性与可用性;通过地图特征验证，保证地图的精密度;之后，通过版权认证协议，实现版权保护服务;最后，对系统进行检验，保证系统的正确运行。

另外，利用感知哈希算法构建备案地图数据的指纹库，在实现数据相似性比对和权益证明时具有高效率和高可信度。

2.2 关键技术实现

网络地图版权服务系统的关键技术主要分为两部分：网站的搭建与数字水印算法实现。

搭建网站的过程为：购买域名与解析服务，租赁腾讯服务器，架构一个基于B/S架构的大数据服务系统[14，15]，并利用开发人员选项，为系统算法及功能提供拓展机制。

算法实现过程为：通过研究现有算法，选择较为适宜的几种算法，按照其实现原理，编码实现。该系统选择通过利用原图与可见水印重叠实现可见水印添加，通过基于傅里叶变换与反变换[4]的频域网络地图盲水印算法实现不可见水印的添加与提取，最后通过感知哈希算法验证相似度。对于需要加密标识的信息，图片采用随机置乱的方式，文字采用经典MD5算法，但由于MD5算法是不可逆的过程，所以提取标识信息需要与数据库对比，最终实现解密过程。

3  系统实现与验证

根据设计，该文实现了一个基于B/S验证的版权服务系统。系统主要功能模块如表1所示。对一般使用者，系统分为三大模块。

系统操作界面如图3所示，通过上传文件，选择水印添加与提取服务，进行版权认证。用户还可以反馈问题，以便及时对系统进行维护。

该系统实现效果如图4所示，验证采用了添加图片水印与数字水印两种形式，水印处理结果可选择可见模式与不可见模式两种，对于不可见水印，首先对标识信息进行提取，再与原始水印进行对比。其中提取水印图片和提取的水印文字与原数据比较，相似度分别为1.5%和3.5%，假定阙值为5%，可证明版权权益（见图5）。

4  结语

通过选择合适的模型和算法，该文完成了一种网络地图数字水印版权服务系统，并在网络端能够有效解决技术应用成本高、范围窄的问题。通过相关技术，保证了网络地图在Internet中的传播与合法使用。该系统使用C#语言完成开发，并在腾讯服务器中完成发布。通过该系统提供的网络地图版权服务方案，可以在开放的网络环境下有效保护网络地图所有者的合法权益，并使网络地图资源实现更大价值。

参考文献

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