網(wǎng)絡(luò)地圖數(shù)字水印版權(quán)服務(wù)系統(tǒng)實現(xiàn)與應(yīng)用

劉金香

摘 ?要：大數(shù)據(jù)環(huán)境下地圖服務(wù)與測繪成果版權(quán)保護是一個亟待解決的矛盾問題，數(shù)字水印技術(shù)是一種有效的版權(quán)保護措施，但水印的加入與檢索需要專門的技術(shù)方法，限制了水印技術(shù)的應(yīng)用。針對該情況該文設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)地圖數(shù)字水印版權(quán)服務(wù)系統(tǒng)，研究了其基本原理、系統(tǒng)設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)3個方面，應(yīng)用C#語言開發(fā)，實現(xiàn)了一個基于B/S模式的數(shù)字水印服務(wù)系統(tǒng)。最后應(yīng)用實例驗證，證明了方法的可行性。

關(guān)鍵詞：數(shù)字水印 ?網(wǎng)絡(luò)地圖 ?大數(shù)據(jù) ?版權(quán)認證服務(wù)

中圖分類號：TP309 ? 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：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

借助于高速的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，具有大數(shù)據(jù)特征的網(wǎng)絡(luò)地圖數(shù)據(jù)簡化了信息的交換與傳播，卻又使得惡意攻擊者可以輕易對其進行篡改和非法使用。而網(wǎng)絡(luò)地圖具有生產(chǎn)成本高、精度高、經(jīng)濟和軍事戰(zhàn)略意義突出、重用價值高的特點，它是整個社會的重要資源，惡意攻擊行為可能造成極為嚴重的政治經(jīng)濟損失[1]。非法分子可以通過爬蟲軟件[2]等獲取大量網(wǎng)絡(luò)地圖，嚴重危害所有者權(quán)益。因此，大數(shù)據(jù)環(huán)境下地圖服務(wù)與測繪成果版權(quán)保護已成為企業(yè)和國家迫切需要解決的難題，數(shù)字水印是一種有效的保護措施。

數(shù)字水印技術(shù)能夠?qū)⒂脩羲璧男畔⑶度氲礁鞣N數(shù)字載體中，不會對數(shù)據(jù)的可用性造成破壞，是實現(xiàn)防偽溯源、版權(quán)保護的有效辦法。在發(fā)生版權(quán)糾紛時，通過將隱藏的內(nèi)容提取出來以驗證產(chǎn)品的身份，可作為司法鑒定和個人權(quán)益保護的重要依據(jù)。但是數(shù)字水印的加入與檢索需要專業(yè)的技術(shù)方法，限制了水印技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)地圖中的應(yīng)用與發(fā)展。該文系統(tǒng)通過提供在線水印處理，以保護網(wǎng)絡(luò)地圖安全。

1 ?基本原理

網(wǎng)絡(luò)地圖數(shù)據(jù)主要分為柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)兩種形式，針對兩種形式的數(shù)字水印嵌入，需要選取合適的算法以確保嵌入內(nèi)容不會對網(wǎng)絡(luò)地圖的精度以及使用造成不可忽略的副作用。

早在1993年，美國國防部國家測繪局（NIMA）就開始了數(shù)字矢量數(shù)據(jù)水印技術(shù)的探索[3，4]，近年來，國內(nèi)外也取得了很多研究成果。曹劉娟等[5]針對目前矢量地圖多邊曲線為載體的傳統(tǒng)水印算法，提出一種基于視覺不可感知的二維矢量地圖可逆水印算法，保證精度需要。孫俞超等[6]提出一種基于節(jié)點特征的矢量數(shù)據(jù)零水印算法，該方案在幾何變換、簡化、數(shù)擾動等攻擊下具有較好的魯棒性，并且添加多重密鑰保證了算法的安全性。2017年，Marzieh Amini等[7]提出一種新的基于矢量的局部最優(yōu)水印檢測方法。

由于柵格數(shù)據(jù)水印技術(shù)的廣泛應(yīng)用，相關(guān)研究進展比矢量數(shù)據(jù)更快，在地理數(shù)據(jù)方面的應(yīng)用主要集中于柵格地圖、遙感影像等方面。另外，盡管柵格地理數(shù)據(jù)與普通圖像（比如日常生活中的照片、視頻等）在物理性質(zhì)與構(gòu)造性質(zhì)方面相似，但是其特有的可量測、易分析和高精度的特性對其數(shù)據(jù)處理提出了不同的要求。王勛等[8]提出一種基于柵格地圖特征的零水印算法，計算簡單，具有較好的隱蔽性和安全性。

針對兩種地圖數(shù)據(jù)不同的特征，選取現(xiàn)存且適宜的算法，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)地圖的版權(quán)保護系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)地圖的數(shù)字水印構(gòu)造[9]與檢測[10]過程如圖1所示。

2 ?系統(tǒng)設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)采用B/S（Browser/Server）架構(gòu)模式[11]，集成網(wǎng)絡(luò)地圖存儲、處理與展示服務(wù)，并提供開發(fā)人員選項，為專業(yè)開發(fā)人員提供技術(shù)應(yīng)用平臺[12，13]。集成于大數(shù)據(jù)內(nèi)容服務(wù)系統(tǒng)的版權(quán)保護模式設(shè)計可借鑒大數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)模型設(shè)計與ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）開放系統(tǒng)互連參考模型。該系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)地圖版權(quán)保護系統(tǒng)分為資源層、數(shù)據(jù)分析層、功能層、接口層與表示層5個模塊，各模塊之間實現(xiàn)交互，形成有機的整體，如圖2所示。

系統(tǒng)實現(xiàn)思路為：從大數(shù)據(jù)版權(quán)保護模式出發(fā)，通過數(shù)字水印添加，保證網(wǎng)絡(luò)地圖的安全性與可用性;通過地圖特征驗證，保證地圖的精密度;之后，通過版權(quán)認證協(xié)議，實現(xiàn)版權(quán)保護服務(wù);最后，對系統(tǒng)進行檢驗，保證系統(tǒng)的正確運行。

另外，利用感知哈希算法構(gòu)建備案地圖數(shù)據(jù)的指紋庫，在實現(xiàn)數(shù)據(jù)相似性比對和權(quán)益證明時具有高效率和高可信度。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)地圖版權(quán)服務(wù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要分為兩部分：網(wǎng)站的搭建與數(shù)字水印算法實現(xiàn)。

搭建網(wǎng)站的過程為：購買域名與解析服務(wù)，租賃騰訊服務(wù)器，架構(gòu)一個基于B/S架構(gòu)的大數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)[14，15]，并利用開發(fā)人員選項，為系統(tǒng)算法及功能提供拓展機制。

算法實現(xiàn)過程為：通過研究現(xiàn)有算法，選擇較為適宜的幾種算法，按照其實現(xiàn)原理，編碼實現(xiàn)。該系統(tǒng)選擇通過利用原圖與可見水印重疊實現(xiàn)可見水印添加，通過基于傅里葉變換與反變換[4]的頻域網(wǎng)絡(luò)地圖盲水印算法實現(xiàn)不可見水印的添加與提取，最后通過感知哈希算法驗證相似度。對于需要加密標(biāo)識的信息，圖片采用隨機置亂的方式，文字采用經(jīng)典MD5算法，但由于MD5算法是不可逆的過程，所以提取標(biāo)識信息需要與數(shù)據(jù)庫對比，最終實現(xiàn)解密過程。

3 ?系統(tǒng)實現(xiàn)與驗證

根據(jù)設(shè)計，該文實現(xiàn)了一個基于B/S驗證的版權(quán)服務(wù)系統(tǒng)。系統(tǒng)主要功能模塊如表1所示。對一般使用者，系統(tǒng)分為三大模塊。

系統(tǒng)操作界面如圖3所示，通過上傳文件，選擇水印添加與提取服務(wù)，進行版權(quán)認證。用戶還可以反饋問題，以便及時對系統(tǒng)進行維護。

該系統(tǒng)實現(xiàn)效果如圖4所示，驗證采用了添加圖片水印與數(shù)字水印兩種形式，水印處理結(jié)果可選擇可見模式與不可見模式兩種，對于不可見水印，首先對標(biāo)識信息進行提取，再與原始水印進行對比。其中提取水印圖片和提取的水印文字與原數(shù)據(jù)比較，相似度分別為1.5%和3.5%，假定闕值為5%，可證明版權(quán)權(quán)益（見圖5）。

4 ?結(jié)語

通過選擇合適的模型和算法，該文完成了一種網(wǎng)絡(luò)地圖數(shù)字水印版權(quán)服務(wù)系統(tǒng)，并在網(wǎng)絡(luò)端能夠有效解決技術(shù)應(yīng)用成本高、范圍窄的問題。通過相關(guān)技術(shù)，保證了網(wǎng)絡(luò)地圖在Internet中的傳播與合法使用。該系統(tǒng)使用C#語言完成開發(fā)，并在騰訊服務(wù)器中完成發(fā)布。通過該系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)地圖版權(quán)服務(wù)方案，可以在開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下有效保護網(wǎng)絡(luò)地圖所有者的合法權(quán)益，并使網(wǎng)絡(luò)地圖資源實現(xiàn)更大價值。

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