矿山综合地理信息系统的敏感信息脱密处理技术

杨金凤

（重庆钧鸿工程勘测设计有限公司，重庆 400000）

地理信息数据是矿山工程的重要支撑资源，现阶段地理信息相关的政策法规相对滞后，信息数据易产生窃取风险，矿山坐标、岩层属性等信息容易遭到泄露，直接威胁矿山工程的安全隐患，因此对信息脱密处理技术进行研究，具有重要的现实意义。国外通过属性脱密的方法，制定了地理信息数据的访问策略，采用数据隐藏技术，有效过滤空间属性信息，并通过数字高程模型，对地理信息的属性对象进行伪装，完成数字地图的置乱加密，使其达到属性脱密的效果。国内同样引入数学算法，对地理信息的关键精度进行处理，变换数据的空间几何坐标，使地理信息的几何精度发生变化，控制不同比例尺的几何精度偏移范围，使其满足地形图的规定标准，在此基础上，利用投影变换和位移的方法，对地理要素坐标进行随机干扰，提高地理信息数据的安全性[1]。在以上理论的基础上，提出矿山综合地理信息系统的敏感信息脱密处理技术，为矿山涉密信息提供安全保障。

1 矿山综合地理信息系统的敏感信息脱密处理技术设计

1.1 变换地理敏感信息空间位置

对需要脱密处理的地理信息数据进行地理配准，选取信息数据控制点，对敏感信息进行空间位置变换。利用GIS 软件，对地理信息的多光谱影像和全色影像进行融合，加载地理信息数据的覆盖矿区，生成矿区的遥感影像，选择遥感影像中的信息数据控制点，将遥感影像作为地理配准的待配准遥感影像。其中信息数据的控制点要逐个选取，将明显的岩层矿口和河流交叉口作为控制点，连接不同待配准影像的同名控制点，每段矿区的控制点选择6 个以上，应满足均匀分布的地理特征。然后利用变换函数，计算待配准遥感影像的配准残差，选取配准残差较小的变换函数。计算后最终选取三阶多项式的样条函数，三阶多项式残差最大为4.09，最小为0.12，相比其他变换函数，变换配准精度更能够满足矿区地理指标。在三阶多项式的基础上，提高变换函数的复杂程度，使地理信息数据的脱密程度达到最高，空间位置变换后的矿山地理信息，数据之间能够实现无缝衔接。在提高变换函数复杂程度的基础上，对地理信息数据进行相似变换，判断数据空间位置的坐标，对坐标进行缩放、平移和旋转等变换。变换函数计算公式为：

公式中，(x，y) 为地理信息数据的原始空间位置，A、 B C为x 坐标方向上的缩放、平移、旋转系数，D、 E F为y 坐标方向上的缩放、平移、旋转系数，为空间位置变换后的信息数据空间位置[2]。利用公式（1），对地理信息数据的控制点进行变换，由于相似变换不会单独对轴进行缩放和倾斜，因此在变换过程中，要保持信息要素的相对形状，保持变换前后的纵横比。实现位置坐标的缩放、平移和旋转后，还要对空间位置进行倾斜处理，把数据变换看作倾斜扭曲的基本变形，直接对数据进行数学模拟，根据信息数据控制点的分布数量，确定数据倾斜变换的精度。然后对信息数据进行仿射，实现数据点坐标的精确恢复，利用有理函数，将数据控制点的坐标描述为两个多项式比值，获取二维平面与三维空间的对应关系，对数据坐标的多项式进行运算，模仿信息数据的地理特征，使x 坐标和y 坐标充分逼近非线性关系。最后采用并行分布处理方法，在神经网络中，对地理信息的图像进行修复与重建，几何校正置乱图像的变换坐标，近似拟合敏感信息空间位置，实现信息数据地理位置的配准和变换。至此完成地理敏感信息空间位置的变换。

1.2 重采样变换信息数据

对变换空间位置的信息数据进行重采样，在一类象元的地理信息中，内插另一类象元信息。采集变换后的信息数据像点，对数据像点坐标进行搜索，获得像点坐标的大致范围。根据数据像点的固定惯性权重，在信息像点群中进行全局搜索，惯性权重越小，数据像点的局部搜索能力越强，由于坐标搜索过程中，像点的惯性权重不会改变，为降低像点坐标搜索难度，还要对像点惯性权重值进行线性迭代。像点惯性权重值计算公式为：

公式中，w 为地理信息数据像点的惯性权重值，wmax为惯性权重的最大值，wmin为惯性权重的最小值，tmax为变换公式的最大迭代次数，t 为当前迭代次数[3]。利用公式（2），对信息像点坐标范围进行迭代更新，确保像点坐标的精确度。搜索出信息像点坐标后，采用三次卷积法内插法，内插原始信息数据的像点灰度值，为每个像点坐标上的空单元指定一个值，改变原始栅格值，选取与像点位置最邻近的像元值，将邻近像元值作为该像点的新值。数据像元值更新后，会产生灰度跳跃变化，即信息数据的边缘处，会出现连续变换像素和视觉效应差等问题，此时利用双线性内插法，对像点周围的邻域像元进行采样，计算像点到领域像元之间的距离栅格值，获取所有变换地理信息数据的对应像点，内插灰度值。具体如图1。

图1 信息数据重采样示意图

如上图所示，根据变换空间位置前的数据像点灰度值，先在Y 方向进行内插4 次，获取数据像点的栅格值，然后在X 方向内插4 次，改变地理信息数据的原始栅格值，使像点栅格值控制在值域范围内。内插后的数据图像更加光滑柔和，解决了灰度跳跃变化的问题，完成地理信息变换数据的锐化。至此完成变换信息数据的重采样，使变换空间位置的敏感信息数据，模糊轮廓变得清晰，实现所有遥感影像信息数据的脱密。

最后对敏感信息的脱密精度进行验证，选取遥感影像中的区域特征点，对特征点脱密前后的地理位置进行测量，选取excel 的中误差计算公式，当中误差大于100m 时，则满足脱密处理要求，否则重复位置变换和重采样操作，直至中误差能够满足脱密处理要求。至此完成矿山综合地理信息系统的敏感信息脱密处理技术设计。

2 实验论证分析

将此次技术与传统信息脱密处理技术进行对比实验，通过信息数据的偏移距离，比较两种技术脱密处理后的数据精度。选取某矿山的互联网地图，挑选10 个关键点，将关键点的矢量地图数据作为实验数据，保存数据点的X 坐标和Y 坐标，如下表所示：

表1 信息关键点原始坐标

两组实验对信息关键点进行脱密处理，矢量数据坐标产生变换，10 个关键点都发生了方向和位移的不规则偏移。统计两组实验偏移后的X 坐标和Y 坐标，比较关键点的偏移距离，具体对比结果如下表所示：

表2 实验对比结果

如上表所示，两组实验的关键点偏移量都在200m 以内，脱密降低的数据精度都符合国家标准。但本文技术平均偏移距离为13.41m，传统技术平均偏移距离为25.38m，相比传统技术，关键点偏移量减少了12.24m，提高了脱密处理后的信息数据精度。

3 结束语

针对传统技术脱密数据精度差的问题，设计一个矿山综合地理信息系统的敏感信息脱密处理技术，并通过对比实验，验证其可行有效性。但此次技术仍存在一定问题，数据像素变换不连续，在今后的研究中，会引入共线方程混合脱密，对该技术进一步加以改善。