数字水印技术在基础测绘成果管理工作中的应用

董晶

(辽宁省自然资源事务服务中心，辽宁 沈阳 110032)

基础测绘成果在国民经济和社会发展中发挥着不可或缺的重要作用，但一些重要地理信息数据失泄密事件屡见报端。如何确保其安全日益成为各级测绘地理信息行政主管部门关心和亟需解决的重要问题。《测绘法》明确“测绘成果保管单位应当采取措施保障测绘成果的完整和安全”。

数字水印技术是数据安全领域中发展起来的一项新技术，对成果保密和知识产权保护起到至关重要的作用。该技术可将具有版权意义的水印信息隐藏在数据文件中，申明版权及使用权属，数据一旦被非法传播，通过软件即可以申明版权信息，追究侵权责任，从而达到利用技术手段间接保护数据版权的目的。目前，这一技术多应用于图像、视频和声音等多媒体信息的版权保护，将其应用于地理信息数据版权保护的研究并不广泛。

一、基础测绘成果安全管理现状

为保证基础测绘成果的完整和安全，各省在成果管理与分发服务上都有较为成熟的管理手段和技术手段。

从管理角度来说，各省都有较完善的规章制度，为基础测绘成果的保密和安全提供了可行、可遵循的解决方案，可起到一定的保护数据安全的作用。但规章制度主要靠人来执行，很有可能出现执行不规范、落实不到位的情况。难免会有一定的漏洞。

从技术角度来说，在成果分发和应用过程中，部分省份对数据进行加密，通过安装客户端或者插件进行浏览和编辑的方式保护数据安全，可有效防止数据失泄密事件的发生。但这种方式存在两种弊端：一是客户端和插件可能与数据使用单位电脑上安装的安全软件冲突，二是数据使用时增加的工作量可能引起成果使用单位的反感，对工作的开展产生不利影响。

二、数字水印技术的应用

基于地理信息数据自身的特点，不利于数字水印算法的嵌入和开发。首先，地理信息数据和音频视频数据比较而言，冗余较小，不利于信息的嵌入。其次，地理信息数据对精度要求比较高，水印信息的嵌入可能会影响空间数据的精度。第三，数据在使用时，会涉及到剪切、平移、镜像、缩放、旋转、分幅和数据格式转换等多种操作，要使嵌入的水印具有较强的鲁棒性，才能保证水印在数据经过编辑之后不丢失。所以目前应用于视频和音频的原有水印算法都无法实现对GIS数据的嵌入。

1.地理信息数字水印技术简述

目前保护地理信息数据安全的主要措施以数据加密为主。数据加密可以有效防止数据非法拷贝和传播，但是加密的数据需要特定的程序支持，才可以浏览和编辑。给分发和使用带来诸多不便。

地理信息数字水印技术可以有效解决上述问题，虽然添加水印的防护方式在防止数据非法拷贝方面相对弱些，但是这种方式对用户使用数据没有任何影响，这种方式可以在数据发生泄密并追查到泄密数据后，通过嵌入到数据中的水印信息追查泄密事故责任者，一定程度上对数据的泄密行为起到一定的震慑作用。

地理信息数字水印技术可以根据发布数据的特点，在水印里嵌入数据发布方、数据授权使用方、发布时间等信息（图1）。

2.地理信息数字水印技术要求

常见的针对空间数据的数字水印技术可分为针对图形坐标进行频域变换的频域数字水印技术和在图形的空间域中嵌入水印信息的空域数字水印技术。考虑到空间数据自身的特点，经过测试，对图形坐标进行变换会影响数据的精度，所以使用改进后的空域数字水印技术既能够保证数据的精度，又能够增强水印的抗攻击性。

图1 地理信息数字水印的内容

总体来说，针对地理信息数据的数字水印技术应满足以下要求：

①高精度：水印嵌入后，要保证地理信息数据的二维矢量图形的数据精度，不能在嵌入水印信息的同时破坏了数据的坐标信息。

②不可感知性：水印嵌入后，肉眼是无法察觉的，不影响正常浏览和编辑，只有通过授权工具才能提取。

③稳健性：也称鲁棒性，要求水印信息具有较强的抵抗常见攻击的能力，如一般的平移、缩放、旋转、剪切等。水印要求能够在数据经过各类编辑操作和格式转换后不丢失。

④安全性：未经授权的客户将不能进行水印信息的提取和检测，安全性方面的保障一般是在开发软件时使用硬件狗等防护措施，只有插入相应的授权狗，才能使用本软件。

⑤容量：要求数字水印算法的水印信息量足够大，信息量太少不足以唯一确定二维矢量图形产品的版权。

⑥确定性：即要求水印所携带的信息不能有歧义，能唯一指明数据的版权所有者。

⑦跨平台支持：即水印信息需支持常见的地理信息软件平台和数据格式。嵌入水印后，不影响数据的浏览、编辑和跨平台数据转换。

3.地理信息数字水印技术实现

在地理信息数据中，实现数字水印技术需要考虑以下三个方面的因素：数字水印本身的组成结构，加载数字水印的策略及方法，数字水印提取、检测的方法。根据数据共享途径，可以制定出一个基于数字水印的数据安全共享流程（图2）。

（1）功能实现

基本功能：当前图纸添加水印；当前图纸提取水印；批量添加水印；批量提取水印。

高级功能：按图层添加水印；按指定百分比随机添加；指定实体添加。

（2）跨平台数据实现

AutoCAD， ArcGIS和MapInfo是目前应用较广泛的地理信息系统数据平台，几乎涵盖了基础测绘成果的所有数据，地理信息数字水印技术应该支持三大平台所支持的所有类型和格式的数据。并支持三种平台之间的数据转换，转换后数字水印不丢失。

三、数字水印在基础测绘成果管理中的应用

1.应用场景

（1）数据成果分发

利用地理信息数字水印技术，基础测绘成果保管单位可以在数据分发环节，使用数字水印软件将版权所有者、授权使用者、图单号、分发时间等信息作为水印嵌入到基础测绘成果中并分发给申请使用单位。申请使用单位在浏览编辑数据时，不会发现水印信息，水印的嵌入也不会对数据的编辑和转换等操作产生任何影响。

基础测绘生产管理人员在向作业员分发生产所需要的原始数据时，可提前嵌入数据版权、领取者等信息，一是可以预防数据在生产环节发生泄密行为，二是可以判断生产后的成果数据是否是从数据分发部门领取的数据，以保证数据的权威性和一致性。

（3）安全保密检查

为监督数据的安全保密管理，测绘地理信息行政主管部门每年都会进行安全保密检查。不论是数据分发过程中，授权使用者将数据转交给他人使用，还是在生产过程中基础测绘成果被非法拷贝造成泄密，只要数据被查获，都可使用数字水印软件提取数据中的水印信息，追究泄密者责任。

图2 基于数字水印的数据安全共享流程

2.应用范围

地理信息数字水印技术应该支持主流的基础测绘成果数据格式，包括但不限于：矢量（E00，Shape，Dwg，Dxf，Mdb等）、栅格地图和影像（Tif，Jpg，Bmp等）。

四、结语

数字水印技术的发展和成熟为数字成果版权保护提供了可靠的技术支持。在基础测绘成果安全需求越来越急迫的今天，数字水印技术可为基础测绘成果的版权保护提供有力的技术支撑，能够加强对基础测绘成果失泄密行为的震慑，提高申请使用单位保密安全意识，同时也可以有效提高测绘成果保管单位的数据管理水平，最大程度降低失泄密事件发生概率，使基础测绘成果的存储、保管及对外提供具有可追溯性。