一种DEM几何精度脱密与恢复方法技术

本发明专利技术公开一种DEM几何精度脱密与恢复方法，主要包括以下步骤：(1)对待脱密的DEM数据进行脱密处理，包括选择控制点、设置扰动量、模型参数生成、密钥加密保存、待脱密DEM数据脱密处理等步骤；(2)对脱密后的DEM数据进行恢复处理过程，包括密钥解密读取、恢复模型建立、脱密后DEM数据恢复处理等步骤。本发明专利技术提供的脱密和恢复方法能有效保障DEM数据的安全，同时维持DEM数据的垂直拓扑关系基本保持不变，为地理信息安全以及地理数据共享提供技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种DEM几何精度脱密与恢复方法
本专利技术属于地理信息安全领域，具体涉及一种DEM几何精度脱密与恢复方法。
技术介绍
地理信息是国家信息资源的重要组成部分，直接关系国家利益和安全，其安全保护研究十分重要。随着信息技术特别是网络通信技术的不断发展，DEM数据访问、获取、使用、传播等都变得方便快捷。但随之而来的数据安全问题也日益突出，面对已获得的大量高精度DEM数据，面临着保密与共享的难题，尤其是针对包含许多敏感目标(如军事设施、大型武器装备、秘密机构、核设施等)的高程数据。因此，需要利用脱密技术在保证数据安全的前提下充分共享。目前，关于地理数据几何精度脱密研究主要集中在平面上，针对DEM高程数据的几何精度脱密模型的研究还十分罕见。有些DEM数据安全保护方法将DEM数据处理成无实际意义的高程数据，以此达到数据保护的目的，如DEM信息伪装技术，虽然这些技术能够很好的保证DEM数据在存储和传输中的安全，但是处理后的数据并不能够满足地理数据的可用性。因此，需研究一种DEM数据脱密的算法，使得脱密处理后的DEM数据，具有安全性高、精度可控、拓扑保持基本不变的特性，为地理信息安全以及地理数据共享提供技术支撑。
技术实现思路
专利技术目的：针对DEM数据的安全和共享问题，本专利技术提出一种非线性模型对DEM数据进行脱密与恢复方法，所述的方法处理的DEM数据具有安全性高，拓扑关系基本保持不变等特点。技术方案：一种DEM几何精度脱密与恢复方法，所述的方法包括以下步骤：(1)DEM数据的脱密处理，所述的脱密处理包括选择控制点、设置扰动量、生成模型参数和加密保存密钥；(2)DEM数据恢复处理，将步骤(1)脱密处理后的DEM数据进行恢复，包括密钥解密读取、恢复模型建立。进一步的，步骤(1)所述的DEM数据的脱密处理步骤如下：(1.1)确定DEM数据范围：读取待脱密DEM数据，获取数据最小外接矩形R，其中R左下角坐标为(Xmin,Ymin)，右下角坐标为(Xmax,Ymax)；(1.2)选择控制点：从DEM数据范围中选取控制点，设控制点集合为Cpoints＝{(Pxi,Pyi,Pzi)|i＝1,2,3,...,k}，其中k为选择控制点个数，且k＞6；(1.3)初始化扰动量区间：根据输入的目标脱密指标d，初始化扰动量区间，所述的区间表达式为：u＝[d-c,d+c]其中c是初始化扰动量区间的大小，其区间的大小根据脱密指标d进行设定，且0＜c＜d，初始值c＝15；(1.4)生成带扰动量控制点集合；(1.5)建立脱密模型；(1.6)迭代步骤(1.4)到步骤(1.5)，中误差达到脱密要求精度后执行步骤(1.7)，所述指标满足公式为：||RMSdecrypt-d||<0.1(6)(1.7)DEM数据脱密处理；(1.8)保存脱密后的DEM数据，将模型参数a0-a5、扰动量区间u以及脱密指标d组成密钥key，使用DES对称加密算法进行加密并存入密钥文件key.txt。所述的步骤(1.4)所述的生成带扰动量控制点集合步骤如下：(1.4.1)在扰动量区间u[us,ue]内，生成k个扰动量集合，其表达式为：ZErrors＝{Zei|i＝1,2,3,...,k}；(1.4.2)将Cpoints集合按照Pz坐标进行正序排列，得到集合为：SPoints＝{(Pxj,Pyj,Pzj)|j＝1,2,3,…,k}；(1.4.3)将ZErrors集合按照值大小进行正序排列，得到集合为：SErrors＝{Sej|j＝1,2,3,...,k}；(1.4.4)根据集合SPoints和ZErrors，计算带扰动量的控制点集合EPoints＝{(Exj,Eyj,Ezj)|j＝1,2,3,...,k}，其计算表达式为：所述的步骤(1.5)建立脱密模型，具体步骤如下：(1.5.1)根据公式(2)对EPoints进行最小二乘解算，得到模型参数；所述公式(2)为：Ezj＝a0+a1Exj+a2Eyj+a3Exj2+a4ExjEyj+a5Eyj2(2)所述的参数模型为：a0,a1,a2,a3,a4,a5；(1.5.2)以最小外接矩形R为全局样本选择样本点，根据取样点个数设定取样间隔为interval，在全局样本中均匀选取num个点作为样本点集合，所述的样本点个数num为：num＝((xmax–xmin)/interval)*((ymax-ymin)/interval)；所述集合为：SamplePoints＝{(Sxj,Syj)|j＝1,2,3,...,num}；(1.5.3)根据公式(3)和模型参数计算样本点的高程扰动量，得到带干扰三维样本点集合SamplePoints＝{(Sxj,Syj,Szj)|j＝1,2,3,...,num}；计算公式为：Szj＝a0+a1Sxj+a2Syj+a3Sxj2+a4SxjSyj+a5Syj2(3)所述的模型参数为：a0,a1,a2,a3,a4,a5；所述的带干扰三维样本点集合为：SamplePoints＝{(Sxj,Syj,Szj)|j＝1,2,3,...,num}；(1.5.4)计算样本点高程脱密中误差RMSdecrypt，其计算公式为：(1.5.5)将RMSdecrypt与目标脱密指标d进行比较：如果RMSdecrypt＜d，则根据式(5)增大扰动量区间来增大全图的中误差；如果RMSdecrypt＞d，则根据式(5)缩小扰动量区间来减少全图的中误差；计算公式(5)为：步骤(1.7)所述的DEM数据脱密处理步骤如下：(1.7.1)根据公式(7)和模型参数计算待脱密DEM栅格单元的高程扰动量；所述的DEM所有栅格单元的高程扰动量集合为：DZ＝{Pzj'|j＝1,2,3,...,m}，其中m是DEM数据的栅格单元个数；所述公式(7)为：Pzj'＝a0+a1Pxj+a2Pyj+a3Pxj2+a4PxjPyj+a5Pyj2(7)其中Pxj为栅格单元的x坐标，Pyj是栅格单元的y坐标；(1.7.2)根据公式(8)生成脱密后的DEM栅格单元的高程值集合，所述的高程值集合为：DZ'＝{Pzj”|j＝1,2,3,...,m}；所述的公式(8)为：Pzj”＝Pzj+Pzj'(8)其中Pzj为栅格单元的原始高程值。步骤(2)所述的脱密后DEM数据的恢复步骤如下：(2.1)读取密钥文件key.txt，使用DES算法解密后提取密钥key；(2.2)打开脱密后的DEM数据，获取脱密后栅格单元高程值集合DZ'＝{Pzj”|j＝1,2,3,...,m}，根据密钥中的模型参数和公式(7)计算栅格单元的高程扰动量集合DZ＝{Pzj'|j＝1,2,3,...,m}，其中m是DEM数据的栅格单元个数。(2.3)利用公式(9)计算恢复后的DEM栅格单元的高程值集合TZ＝{Pzj|j＝1,2,3,...,m}，所述的公式(9)为：Pzj＝Pzj”-Pzj'(9)(2.4)保存恢复后的DEM数据。有益效果：本专利技术相比现有技术其显著的效果在于，本专利技术对DEM数据进行脱密并生成密钥，且脱密后的DEM数据根据密钥可进行无损恢复；另外，本专利技术具有随机性、渐变性、可逆性等特点，提高了DEM数据脱密的可靠性，完善了地理信息安全保护的理论与方法体系，可用于DEM数据的公开发布等方面。附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DEM几何精度脱密与恢复方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：(1)DEM数据的脱密处理，所述的脱密处理包括选择控制点、设置扰动量、生成模型参数和加密保存密钥；(2)DEM数据恢复处理，将步骤(1)脱密处理后的DEM数据进行恢复，包括密钥解密读取、恢复模型建立。

【技术特征摘要】
1.一种DEM几何精度脱密与恢复方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：(1)DEM数据的脱密处理，所述的脱密处理包括选择控制点、设置扰动量、生成模型参数和加密保存密钥；(2)DEM数据恢复处理，将步骤(1)脱密处理后的DEM数据进行恢复，包括密钥解密读取、恢复模型建立。2.根据权利要求1所述的一种DEM几何精度脱密与恢复方法，其特征在于：步骤(1)所述的DEM数据的脱密处理步骤如下：(1.1)确定DEM数据范围：读取待脱密DEM数据，获取数据最小外接矩形R，其中R左下角坐标为(Xmin,Ymin)，右下角坐标为(Xmax,Ymax)；(1.2)选择控制点：从DEM数据范围中选取控制点，设控制点集合为Cpoints＝{(Pxi,Pyi,Pzi)|i＝1,2,3,...,k}，其中k为选择控制点个数，且k＞6；(1.3)初始化扰动量区间：根据输入的目标脱密指标d，初始化扰动量区间，所述的区间表达式为：u＝[d-c,d+c]其中c是初始化扰动量区间的大小，其区间的大小根据脱密指标d进行设定，且0＜c＜d，初始值c＝15；(1.4)生成带扰动量控制点集合；(1.5)建立脱密模型；(1.6)迭代步骤(1.4)到步骤(1.5)，中误差达到脱密要求精度后执行步骤(1.7)，所述指标满足公式为：‖RMSdecrypt-d‖<0.1；(1.7)DEM数据脱密处理；(1.8)保存脱密后的DEM数据，将模型参数a0-a5、扰动量区间u以及脱密指标d组成密钥key，使用DES对称加密算法进行加密并存入密钥文件key.txt。3.根据权利要求2所述的一种DEM几何精度脱密与恢复方法，其特征在于：所述的步骤(1.4)所述的生成带扰动量控制点集合步骤如下：(1.4.1)在扰动量区间u[us,ue]内，生成k个扰动量集合，其表达式为：ZErrors＝{Zei|i＝1,2,3,...,k}；(1.4.2)将Cpoints集合按照Pz坐标进行正序排列，得到集合为：SPoints＝{(Pxj,Pyj,Pzj)|j＝1,2,3,…,k}；(1.4.3)将ZErrors集合按照值大小进行正序排列，得到集合为：SErrors＝{Sej|j＝1,2,3,...,k}；(1.4.4)根据集合SPoints和ZErrors，计算带扰动量的控制点集合EPoints＝{(Exj,Eyj,Ezj)|j＝1,2,3,...,k}，其计算表达式为：4.根据权利要求2所述的一种DEM几何精度脱密与恢复方法，其特征在于：所述的步骤(1.5)建立脱密模型，具体步骤如下：(1.5.1)根据公式(2)对EPoints进行最小二乘解算，得到模型参数；所述公式(2)为：Ezj＝a0+a1Exj+a2Eyj+a3Exj2+a4ExjEyj+a5Eyj2(2)所述的参数模型为：a0,a1,a2,a3,a4,a5；(1.5.2)以最小外接矩形R为全局样本选择样本点，根据取样点个数设定取样间隔为interval，在全局样本中均匀选取num个点作为样本点集合，所述的样本点个数num...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐家明，周卫，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32