基于夹角变换的线面类型GIS矢量数据伪装与还原方法

摘要

本发明公开了一种基于夹角变换方法进行线面类型GIS矢量数据伪装与还原的方法，属于地理信息安全领域。本发明的数据伪装处理步骤：先设置密钥文件，再逐个读取要素的数据；基于密钥选择点对，并绕其相邻的左控制点进行旋转操作；将每个要素都处理完毕后保存伪装的数据。经本发明的方法进行伪装处理后，要素图层中坐标值发生改变从而导致坐标位置发生偏移，数据精度发生变化，对于数据精度质量要求较高的GIS矢量数据来说，这一处理显著降低了数据质量和数据使用价值，限制了非法拷贝或拦截数据的正常使用，达到一定的数据保护目的，一定程度上满足了GIS矢量数据的隐藏通信与安全传输需求。

主权项

1.基于夹角变换的线面类型GIS矢量数据伪装与还原方法，包括以下过程：（1）伪装过程：步骤11，设置一个二进制格式的长度为n的随机序列信息M=｛M_i｝，其中i=0,1,…,n-1；步骤12，打开一个线面类型GIS矢量数据文件，根据伪装要求，设置角度旋转值β<45°；依次读取文件中每一要素的空间数据，获取各个要素中坐标点的个数m并判断所述要素是否需进行伪装处理：i)若m>=n,则按照将前n×L个坐标点分为L组，转入下一个步骤进行处理；ii)若m<n,则对所述要素不进行数据伪装处理；步骤13，对要素F中的每一分组F_j，根据密钥循环从分组F_j中筛选需要进行处理的数据对,其中j=0,1,…,L-1，筛选规则为：i)如果M_i=1或i=0或i=n-1,则该分组F_j中第i个点G_i作为控制点不进行处理；ii)如果M_i=0且i≠0且i≠n-1,则该分组F_j中第i个点G_i转入下一个步骤进行处理；步骤14，判断点G_i是否需要进行伪装处理a)查找与点G_i(X_i,Y_i)相邻的左右两个控制点A(X_m,Y_m)、B(X_n,Y_n)；b)以A点、G_i点为端点，生成向量以A点、B点为端点，生成向量$\overrightarrow{\mathrm{AB}}(X_n-X_m,Y_n-Y_m);$c)计算向量和的夹角θ；d)根据θ值判断是否进行下一步伪装处理，规则为：i)如果则G_i不处理；ii)如果θ∈(0，β)∪(β，2β)则G_i转入下一个步骤进行处理；步骤15，判断向量和的左右关系并设置标志值flaga)按下式将G_i绕A点逆时针旋转角度θ生成临时点T_i(X_ti，Y_ti)；$\left\{\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{ti}}=X_m+(X_i-X_m)\times \cos \theta -(Y_i-Y_m)\times \sin \theta \\ Y_{\mathrm{ti}}=Y_m+(Y_i-Y_m)\times \cos \theta +(X_i-X_m)\times \sin \theta \end{array}\right.---\left(1\right)$b)计算旋转后的向量和的夹角，如果夹角为0，则表明初始状态下向量在的右侧，设flag为false；否则向量在的左侧，设flag为true；步骤16，利用角度旋转方法对G_i进行伪装，根据与的夹角θ及flag值做以下处理：i)如果θ∈(0,β)且flag为true，或者θ∈(β,2β)且flag为false，利用下式修改G_i点坐标，将其绕A点逆时针旋转角度旋转值β生成G_i(X′′_i,Y′′_i)；$\left\{\begin{array}{c}{X}_i^{\prime \prime }=X_m+(X_i-X_m)\times \cos \beta -(Y_i-Y_m)\times \sin \beta \\ Y_i^{\prime \prime }=Y_m+(Y_i-Y_m)\times \cos \beta +(X_i-X_m)\times \sin \beta \end{array}\right.---\left(2\right)$ii)如果θ∈(0,β)且flag为false，或者θ∈(β,2β)且flag为true，利用下式修改G_i点坐标，将其绕A点顺时针旋转角度旋转值β生成G_i(X′′_i,Y′′_i)；$\left\{\begin{array}{c}{X}_i^{\prime \prime }=X_m+(X_i-X_m)\times \cos (-\beta )-(Y_i-Y_m)\times \sin (-\beta )\\ Y_i^{\prime \prime }=Y_m+(Y_i-Y_m)\times \cos (-\beta )+(X_i-X_m)\times \sin (-\beta )\end{array}\right.---\left(3\right)$步骤17，重复上述步骤12到16，直至每一要素处理完毕后，保存伪装后的数据文件，并将随机序列信息M及角度旋转值β存入密钥文件key；（2）还原过程：步骤21，从密钥文件key中读取角度旋转值值β及随机序列信息M=｛M_i｝，其中i=0,1,…,n-1；步骤22，打开一个线面类型GIS矢量数据文件，依次读取每一要素的空间数据，获取各个要素中坐标点的个数m并判断所述要素是否需进行进一步处理：i)若m>=n,则按照将前n×L个坐标点分为L组，转入下一个步骤进行处理；ii)若m<n,则本要素不进行数据还原处理；步骤23，对要素F中的每一分组F_j，根据密钥循环从分组F_j中筛选需要进行处理的数据对,其中j=0,1,…,L-1，筛选规则为：i)如果M_i=1或i=0或i=n-1,则该分组F_j中第i个点G_i作为控制点不进行处理；ii)如果M_i=0且i≠0且i≠n-1,则该分组F_j中第i个点G_i转入下一个步骤进行处理；步骤24，判断点G_i是否需要进行还原处理a)查找与点G_i(X′′_i,Y′′_i)相邻的左右两个控制点A(X_m,Y_m)、B(X_n,Y_n)；b)以A点、G_i点为端点，生成向量以A点、B点为端点，生成向量c)计算向量和的夹角θ′；d)根据θ′值判断是否进行下一步还原处理，规则为：i)如果则G_i不处理；ii)如果θ′∈(0，β)∪(β，2β)则G_i转入下一个步骤进行处理；步骤25，判断向量和的左右关系并设置标志值flaga)按下式将G_i(X′′_i,Y′′_i)绕A点逆时针旋转角度θ′生成临时点T′_i(X′_ti，Y′_ti)；$\left\{\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{ti}}^{\prime }=X_m+(X_i^{\prime \prime }-X_m)\times \cos {\theta }^{\prime }-(Y_i^{\prime \prime }-Y_m)\times \sin {\theta }^{\prime }\\ Y_{\mathrm{ti}}^{\prime }=Y_m+(Y_i^{\prime \prime }-Y_m)\times \cos {\theta }^{\prime }+(X_i^{\prime \prime }-X_m)\times \sin {\theta }^{\prime }\end{array}\right.---\left(4\right)$b)计算旋转后的向量和的夹角，如果夹角为0，则表明初始状态下向量在的右侧，设flag为false,否则向量在的左侧设flag为true；步骤26，利用角度旋转方法对G_i进行还原，根据与的夹角θ′及flag值做以下处理：i)如果θ′∈(0,β)且flag为true，或者θ′∈(β,2β)且flag为false，利用下式将G_i绕A点逆时针旋转角度旋转值β还原成G_i(X_i,Y_i)；$\left\{\begin{array}{c}{X}_i=X_m+(X_i^{\prime \prime }-X_m)\times \cos \beta -(Y_i^{\prime \prime }-Y_m)\times \sin \beta \\ Y_i=Y_m+(Y_i^{\prime \prime }-Y_m)\times \cos \beta +(X_i^{\prime \prime }-X_m)\times \sin \beta \end{array}\right.---\left(5\right)$ii)如果θ′∈(0,β)且flag为false，或者θ′∈(β,2β)且flag为true，利用下式将G_i绕A点顺时针旋转角度旋转值β还原成G_i(X_i,Y_i)；$\left\{\begin{array}{c}{X}_i=X_m+(X_i^{\prime \prime }-X_m)\times \cos (-\beta )-(Y_i^{\prime \prime }-Y_m)\times \sin (-\beta )\\ Y_i=Y_m+(Y_i^{\prime \prime }-Y_m)\times \cos (-\beta )+(X_i^{\prime \prime }-X_m)\times \sin (-\beta )\end{array}\right.---\left(6\right)$步骤27，重复上述步骤22到26，直至每一要素处理完毕后，保存还原后的数据文件。