礦山綜合地理信息系統(tǒng)的敏感信息脫密處理技術(shù)

楊金鳳

（重慶鈞鴻工程勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，重慶 400000）

地理信息數(shù)據(jù)是礦山工程的重要支撐資源，現(xiàn)階段地理信息相關(guān)的政策法規(guī)相對(duì)滯后，信息數(shù)據(jù)易產(chǎn)生竊取風(fēng)險(xiǎn)，礦山坐標(biāo)、巖層屬性等信息容易遭到泄露，直接威脅礦山工程的安全隱患，因此對(duì)信息脫密處理技術(shù)進(jìn)行研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。國(guó)外通過(guò)屬性脫密的方法，制定了地理信息數(shù)據(jù)的訪問(wèn)策略，采用數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)，有效過(guò)濾空間屬性信息，并通過(guò)數(shù)字高程模型，對(duì)地理信息的屬性對(duì)象進(jìn)行偽裝，完成數(shù)字地圖的置亂加密，使其達(dá)到屬性脫密的效果。國(guó)內(nèi)同樣引入數(shù)學(xué)算法，對(duì)地理信息的關(guān)鍵精度進(jìn)行處理，變換數(shù)據(jù)的空間幾何坐標(biāo)，使地理信息的幾何精度發(fā)生變化，控制不同比例尺的幾何精度偏移范圍，使其滿足地形圖的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上，利用投影變換和位移的方法，對(duì)地理要素坐標(biāo)進(jìn)行隨機(jī)干擾，提高地理信息數(shù)據(jù)的安全性[1]。在以上理論的基礎(chǔ)上，提出礦山綜合地理信息系統(tǒng)的敏感信息脫密處理技術(shù)，為礦山涉密信息提供安全保障。

1 礦山綜合地理信息系統(tǒng)的敏感信息脫密處理技術(shù)設(shè)計(jì)

1.1 變換地理敏感信息空間位置

對(duì)需要脫密處理的地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行地理配準(zhǔn)，選取信息數(shù)據(jù)控制點(diǎn)，對(duì)敏感信息進(jìn)行空間位置變換。利用GIS 軟件，對(duì)地理信息的多光譜影像和全色影像進(jìn)行融合，加載地理信息數(shù)據(jù)的覆蓋礦區(qū)，生成礦區(qū)的遙感影像，選擇遙感影像中的信息數(shù)據(jù)控制點(diǎn)，將遙感影像作為地理配準(zhǔn)的待配準(zhǔn)遙感影像。其中信息數(shù)據(jù)的控制點(diǎn)要逐個(gè)選取，將明顯的巖層礦口和河流交叉口作為控制點(diǎn)，連接不同待配準(zhǔn)影像的同名控制點(diǎn)，每段礦區(qū)的控制點(diǎn)選擇6 個(gè)以上，應(yīng)滿足均勻分布的地理特征。然后利用變換函數(shù)，計(jì)算待配準(zhǔn)遙感影像的配準(zhǔn)殘差，選取配準(zhǔn)殘差較小的變換函數(shù)。計(jì)算后最終選取三階多項(xiàng)式的樣條函數(shù)，三階多項(xiàng)式殘差最大為4.09，最小為0.12，相比其他變換函數(shù)，變換配準(zhǔn)精度更能夠滿足礦區(qū)地理指標(biāo)。在三階多項(xiàng)式的基礎(chǔ)上，提高變換函數(shù)的復(fù)雜程度，使地理信息數(shù)據(jù)的脫密程度達(dá)到最高，空間位置變換后的礦山地理信息，數(shù)據(jù)之間能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)縫銜接。在提高變換函數(shù)復(fù)雜程度的基礎(chǔ)上，對(duì)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行相似變換，判斷數(shù)據(jù)空間位置的坐標(biāo)，對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行縮放、平移和旋轉(zhuǎn)等變換。變換函數(shù)計(jì)算公式為：

公式中，(x，y) 為地理信息數(shù)據(jù)的原始空間位置，A、 B C為x 坐標(biāo)方向上的縮放、平移、旋轉(zhuǎn)系數(shù)，D、 E F為y 坐標(biāo)方向上的縮放、平移、旋轉(zhuǎn)系數(shù)，為空間位置變換后的信息數(shù)據(jù)空間位置[2]。利用公式（1），對(duì)地理信息數(shù)據(jù)的控制點(diǎn)進(jìn)行變換，由于相似變換不會(huì)單獨(dú)對(duì)軸進(jìn)行縮放和傾斜，因此在變換過(guò)程中，要保持信息要素的相對(duì)形狀，保持變換前后的縱橫比。實(shí)現(xiàn)位置坐標(biāo)的縮放、平移和旋轉(zhuǎn)后，還要對(duì)空間位置進(jìn)行傾斜處理，把數(shù)據(jù)變換看作傾斜扭曲的基本變形，直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬，根據(jù)信息數(shù)據(jù)控制點(diǎn)的分布數(shù)量，確定數(shù)據(jù)傾斜變換的精度。然后對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行仿射，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)的精確恢復(fù)，利用有理函數(shù)，將數(shù)據(jù)控制點(diǎn)的坐標(biāo)描述為兩個(gè)多項(xiàng)式比值，獲取二維平面與三維空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)數(shù)據(jù)坐標(biāo)的多項(xiàng)式進(jìn)行運(yùn)算，模仿信息數(shù)據(jù)的地理特征，使x 坐標(biāo)和y 坐標(biāo)充分逼近非線性關(guān)系。最后采用并行分布處理方法，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)地理信息的圖像進(jìn)行修復(fù)與重建，幾何校正置亂圖像的變換坐標(biāo)，近似擬合敏感信息空間位置，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)地理位置的配準(zhǔn)和變換。至此完成地理敏感信息空間位置的變換。

1.2 重采樣變換信息數(shù)據(jù)

對(duì)變換空間位置的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，在一類象元的地理信息中，內(nèi)插另一類象元信息。采集變換后的信息數(shù)據(jù)像點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)像點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行搜索，獲得像點(diǎn)坐標(biāo)的大致范圍。根據(jù)數(shù)據(jù)像點(diǎn)的固定慣性權(quán)重，在信息像點(diǎn)群中進(jìn)行全局搜索，慣性權(quán)重越小，數(shù)據(jù)像點(diǎn)的局部搜索能力越強(qiáng)，由于坐標(biāo)搜索過(guò)程中，像點(diǎn)的慣性權(quán)重不會(huì)改變，為降低像點(diǎn)坐標(biāo)搜索難度，還要對(duì)像點(diǎn)慣性權(quán)重值進(jìn)行線性迭代。像點(diǎn)慣性權(quán)重值計(jì)算公式為：

公式中，w 為地理信息數(shù)據(jù)像點(diǎn)的慣性權(quán)重值，wmax為慣性權(quán)重的最大值，wmin為慣性權(quán)重的最小值，tmax為變換公式的最大迭代次數(shù)，t 為當(dāng)前迭代次數(shù)[3]。利用公式（2），對(duì)信息像點(diǎn)坐標(biāo)范圍進(jìn)行迭代更新，確保像點(diǎn)坐標(biāo)的精確度。搜索出信息像點(diǎn)坐標(biāo)后，采用三次卷積法內(nèi)插法，內(nèi)插原始信息數(shù)據(jù)的像點(diǎn)灰度值，為每個(gè)像點(diǎn)坐標(biāo)上的空單元指定一個(gè)值，改變?cè)紪鸥裰?，選取與像點(diǎn)位置最鄰近的像元值，將鄰近像元值作為該像點(diǎn)的新值。數(shù)據(jù)像元值更新后，會(huì)產(chǎn)生灰度跳躍變化，即信息數(shù)據(jù)的邊緣處，會(huì)出現(xiàn)連續(xù)變換像素和視覺(jué)效應(yīng)差等問(wèn)題，此時(shí)利用雙線性內(nèi)插法，對(duì)像點(diǎn)周圍的鄰域像元進(jìn)行采樣，計(jì)算像點(diǎn)到領(lǐng)域像元之間的距離柵格值，獲取所有變換地理信息數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)像點(diǎn)，內(nèi)插灰度值。具體如圖1。

圖1 信息數(shù)據(jù)重采樣示意圖

如上圖所示，根據(jù)變換空間位置前的數(shù)據(jù)像點(diǎn)灰度值，先在Y 方向進(jìn)行內(nèi)插4 次，獲取數(shù)據(jù)像點(diǎn)的柵格值，然后在X 方向內(nèi)插4 次，改變地理信息數(shù)據(jù)的原始柵格值，使像點(diǎn)柵格值控制在值域范圍內(nèi)。內(nèi)插后的數(shù)據(jù)圖像更加光滑柔和，解決了灰度跳躍變化的問(wèn)題，完成地理信息變換數(shù)據(jù)的銳化。至此完成變換信息數(shù)據(jù)的重采樣，使變換空間位置的敏感信息數(shù)據(jù)，模糊輪廓變得清晰，實(shí)現(xiàn)所有遙感影像信息數(shù)據(jù)的脫密。

最后對(duì)敏感信息的脫密精度進(jìn)行驗(yàn)證，選取遙感影像中的區(qū)域特征點(diǎn)，對(duì)特征點(diǎn)脫密前后的地理位置進(jìn)行測(cè)量，選取excel 的中誤差計(jì)算公式，當(dāng)中誤差大于100m 時(shí)，則滿足脫密處理要求，否則重復(fù)位置變換和重采樣操作，直至中誤差能夠滿足脫密處理要求。至此完成礦山綜合地理信息系統(tǒng)的敏感信息脫密處理技術(shù)設(shè)計(jì)。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

將此次技術(shù)與傳統(tǒng)信息脫密處理技術(shù)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，通過(guò)信息數(shù)據(jù)的偏移距離，比較兩種技術(shù)脫密處理后的數(shù)據(jù)精度。選取某礦山的互聯(lián)網(wǎng)地圖，挑選10 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，將關(guān)鍵點(diǎn)的矢量地圖數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)點(diǎn)的X 坐標(biāo)和Y 坐標(biāo)，如下表所示：

表1 信息關(guān)鍵點(diǎn)原始坐標(biāo)

兩組實(shí)驗(yàn)對(duì)信息關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行脫密處理，矢量數(shù)據(jù)坐標(biāo)產(chǎn)生變換，10 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)都發(fā)生了方向和位移的不規(guī)則偏移。統(tǒng)計(jì)兩組實(shí)驗(yàn)偏移后的X 坐標(biāo)和Y 坐標(biāo)，比較關(guān)鍵點(diǎn)的偏移距離，具體對(duì)比結(jié)果如下表所示：

表2 實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果

如上表所示，兩組實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)偏移量都在200m 以內(nèi)，脫密降低的數(shù)據(jù)精度都符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。但本文技術(shù)平均偏移距離為13.41m，傳統(tǒng)技術(shù)平均偏移距離為25.38m，相比傳統(tǒng)技術(shù)，關(guān)鍵點(diǎn)偏移量減少了12.24m，提高了脫密處理后的信息數(shù)據(jù)精度。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)脫密數(shù)據(jù)精度差的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一個(gè)礦山綜合地理信息系統(tǒng)的敏感信息脫密處理技術(shù)，并通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證其可行有效性。但此次技術(shù)仍存在一定問(wèn)題，數(shù)據(jù)像素變換不連續(xù)，在今后的研究中，會(huì)引入共線方程混合脫密，對(duì)該技術(shù)進(jìn)一步加以改善。