矢量地理数据动态多重数字水印算法研究

王莹莹

1. 金陵科技学院智能科学与控制工程学院，江苏 南京 211169； 2. 南京师范大学地理科学学院，江苏 南京 210000

矢量地理数据是国家重要的数据资源，在国民经济和国家建设中发挥着极其重要的作用，其安全问题涉及国家安全、国防安全和版权保护等多个方面。在信息化高度发达的今天，矢量地理数据的获取、传输与分发都更加便捷，而安全问题日益突出。矢量地理数据的多级分发引起的多用户、多版权安全保护需求日益迫切，如何有效实现矢量地理数据多版权保护和多用户使用跟踪，特别是多用户动态使用跟踪，是当前急需解决的问题。

多重数字水印技术是在载体数据中嵌入多个数字水印信息，可以用于数据多级分发流转过程中的“多用户”版权安全保护和数据全过程使用追踪，为解决以上问题提供了可行的技术手段。

论文在分析矢量地理数据特征和多重数字水印技术特征的基础上，对矢量地理数据动态多重数字水印算法进行研究，主要研究工作和结论如下：

(1) 基于矢量地理数据和多重数字水印技术特征，总结归纳了矢量地理数据多重数字水印算法的技术特征，阐述了矢量地理数据多重数字水印攻击方式和矢量地理数据多重数字水印算法的应用方式。根据水印信息位和水印嵌入数据单元之间不同的映射关系，提出了“一对一”和“多对一”两种不同模式的矢量地理数据多重水印嵌入模型，为矢量地理数据多重水印算法的设计奠定了模型基础。

(2) 基于“一对一”映射模型，以解决简单分块多重水印算法不能抵抗数据裁剪攻击的问题为目标，对基于分域机制的矢量地理数据多重水印算法进行了研究。通过将水印信息嵌入到映射剖分后的逻辑区域分块中，提出并实现了一种基于映射分块机制的矢量地理数据多重水印算法，算法具有较好的抗裁剪攻击能力；将多个水印信息随机的嵌入到载体数据中，通过相关检测和判别分析实现对已有水印信息的有效检测，设计并实现了一种基于相关检测和判别分析的矢量地理数据多重水印算法，算法易于实现，且具有较好的稳健性和兼容性。

(3) 基于“多对一”映射模型，以解决同一水印嵌入单元中多个水印信息位之间相互干扰问题为目标，研究了基于叠加机制的矢量地理数据多重水印算法。利用加性嵌入规则和相关检测技术，设计并实现了一种矢量地理数据多重水印算法，算法能有效应用于小数据量数据；对数据进行多重量化，将多个水印信息位嵌入到不同的量化区间，提出并实现了一种基于多重量化机制的矢量地理数据多重水印算法，算法具有稳健性好、水印容量大和精度可控的优点。

(4) 以解决矢量地理数据动态多重水印技术中的“动态性”问题为出发点，对矢量地理数据多重水印自检测算法进行了研究。在构建单个水印信息位检测模型基础上，设计并实现了一种基于统计特性的矢量地理数据水印自检测算法，完成了水印信息盲检测，算法具有较好的稳健性；综合考虑提取的水印信息的统计特性，构建一种检测统计量，提出了一种稳健性矢量地理数据水印自检测算法，算法稳健性较好，且能适应较小的数据量，为矢量地理数据多重水印算法的动态嵌入提供了理论依据和技术途径。