《数字高程模型信息伪装》

发布时间:2024-05-24 来源:电子工业出版社浏览：17214次

地理空间数据是国家基础信息设施建设的重要组成部分，而其共享共通是支撑国防和经济持续快速发展的必由之路。数字高程模型（DEM）是地理空间数据的主要内容之一，可以用来表示地形起伏和地貌特征，数据的开放共享在现实应用中发挥了重要作用。也正因为其在经济发展、军事应用中的特殊地位，敏感区域的高精度数字高程模型数据一直是重点保护对象。

本书内容

本书较为系统地介绍了数字高程模型信息伪装的基础理论和常用方法，体现了当前信息伪装技术在数字高程模型领域的应用情况。全书共9章，第1章从基本概念切入，介绍了进行数字高程模型数据信息保护的政策和技术发展现状；第2章、第3章重点分析了数字高程模型信息伪装的基本概念和基础理论，解决涉及的基础框架和常见问题；第4章、第5 章从结构和内容两个方面，介绍了常见的格网数字高程模型整体信息伪装的算法；第6章、第7章根据地理空间信息共享的大背景，介绍了重点目标信息伪装的方法，分为重点区域和线状特征两个部分；第8章介绍了不规则三角网数字高程模型的信息伪装方法；第9章介绍了伪装算法的评价方法，并分析了两种具体的算法评价。

读者对象

本书可作为地理空间信息安全相关专业本科专业基础课程教材，也可作为其他专业选修教材，同时可为研究生及相关技术人员进行信息伪装研究提供相关参考和技术支撑。

本书作者

本书前言

世界上的主要国家和地区都特别重视地理信息安全。美国的地理信息成果生成实行“军民分版”策略，根据不同需要提供不同内容和精度的地理空间数据；欧盟一直比较重视地理信息安全，并采取了一系列共同措施，提出了欧洲空间信息基础框架行动计划，目的是生成一致的、高质量的地理空间信息，以形成、实施、监管和评价欧盟的政策；德国在测绘和地籍管理方面的立法最为完善，形成了规范全面、系统简洁的地理信息安全法律法规体系；日本对地理信息安全实行中央、地方两级管理体制，形成了一系列法规制度，明确指出地理信息不同于其他信息，需要加强安全方面的管理；我国在地图审查、地理信息表示等方面具有严格的规章制度，颁布了一系列法律法规保护国家地理信息安全。

当前，进行地理信息保护的技术主要有信息脱密、信息加密和信息隐藏（包含隐写术和数字水印）三种方法，在不同领域发挥了重要作用。具体到数字高程模型信息保护，信息脱密仅能降低数据精度，不能完全掩饰高程数据的基本特征；信息加密得到的往往是无法识别的数据流，容易引起不法者的注意，受到各种攻击；隐写术的信息保护容量较小，不能满足实际要求；数字水印技术主要用于版权保护，不直接保护高程信息本身的安全。数字高程模型信息伪装是一种主动的信息保护技术，伪装前后数据格式保持不变，都能用于地形仿真和模拟，不仅具有安全性，重要高程信息能够得到保护，还兼有迷惑性，伪装数据能够以假乱真，数据截取者即使通过一定的技术手段发现数据经过了特殊处理，短时间内仍无法进行精确还原。

本书基于作者相关课题研究，结合国家自然科学基金项目研究成果凝结而成。本书系统介绍了数字高程模型信息伪装的基础理论和常用方法，体现了当前信息伪装技术在数字高程模型领域的应用情况，包括数字高程模型信息伪装的基本概念、基础框架、格网和不规则三角网数字高程模型信息伪装的技术方法及算法评价。全书共9章，其中，第1章和第2章部分内容由宋国民撰写，其余部分主要由陈令羽撰写。中国科学院院士高俊教授，战略支援部队信息工程大学游雄教授、闵连权教授等专家在本书成果研究和成稿过程中提供了宝贵意见和指导，电子工业出版社李敏编辑对本书出版提供了支持和帮助，在此一并表示感谢。

本书目录

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1 绪论 1
1.1 数字高程模型 2
1.1.1 数据组织与分类 4
1.1.2 规则格网数字高程模型 5
1.1.3 不规则三角网数字高程模型 6
1.2 DEM数据的开放共享 8
1.2.1 地理空间数据的开放共享 8
1.2.2 常见DEM数据及其应用 14
1.3 地理信息安全 19
1.3.1 地理信息安全的概念 19
1.3.2 地理信息安全的现状 21
1.4 DEM信息安全保护 25
1.4.1 DEM数据信息安全政策 25
1.4.2 DEM信息安全技术 27
1.5 本书结构 37
参考文献 38
2 DEM信息伪装的基本概念 41
2.1 DEM信息伪装的定义 42
2.1.1 信息伪装 42
2.1.2 DEM信息伪装 50
2.1.3 DEM信息伪装技术发展 51
2.2 DEM信息伪装的技术要求 53
2.3 DEM信息伪装分类 56
2.3.1 以伪装范围为依据 56
2.3.2 以处理方式为依据 60
2.3.3 以作用域为依据 61
2.4 DEM信息伪装与相关技术的辨析 62
2.4.1 DEM信息伪装与数据加密、信息隐藏的辨析 62
2.4.2 DEM信息伪装与DEM建模的辨析 64
参考文献 67
3 DEM信息伪装的理论基础 69
3.1 DEM信息伪装的基础框架 70
3.2 DEM信息伪装的关键技术 75
3.2.1 伪装算法的设计 75
3.2.2 伪数据迷惑增强 79
3.3 DEM信息伪装的发生阶段 80
3.3.1 数据获取阶段 80
3.3.2 建模阶段 83
3.3.3 存储传输阶段 84
3.4 DEM数据的伪装性能指标 85
3.4.1 地形差异度 86
3.4.2 伪地形仿真度 92
3.4.3 还原精确度 98
3.5 DEM数据处理 99
3.5.1 数据压缩 99
3.5.2 高程数据格式调整 110
3.5.3 DEM生成等高线 110
参考文献 113
4 基于结构的DEM信息伪装方法 115
4.1 基本概念 116
4.2 基于置乱的DEM信息伪装技术 117
4.2.1 基于变换矩阵的数据置乱 118
4.2.2 基于Arnold变换的数据置乱 120
4.3 基于矩阵论的DEM信息伪装技术 121
4.3.1 逆矩阵的基本概念 122
4.3.2 广义逆矩阵的基本概念 122
4.3.3 Moore-Penrose逆在DEM信息伪装中的应用 123
4.4 基于分形理论的DEM信息伪装技术 125
4.4.1 几种常见的分形图形 126
4.4.2 基于席尔宾斯基垫片的DEM信息伪装方法 128
4.4.3 基于席尔宾斯基地毯的DEM信息伪装方法 142
4.5 基于结构的DEM信息伪装总体分析 152
参考文献 153
5 基于内容的DEM信息伪装方法 155
5.1 基于密码学的DEM信息伪装技术 156
5.1.1 经典密码学在DEM信息伪装中的应用 158
5.1.2 对称密码学在DEM信息伪装中的应用 165
5.1.3 非对称密码学在DEM信息伪装中的应用 179
5.2 基于配对函数的DEM信息伪装技术 191
5.2.1 基于配对函数的数值加密 191
5.2.2 配对函数在DEM信息伪装中的应用 192
5.2.3 伪装效果比较与影响因素分析 193
5.3 基于内容的DEM信息伪装总体分析
参考文献 198
6 规则格网DEM数据重点区域的信息伪装 201
6.1 规则格网DEM数据的重点区域 202
6.1.1 重点区域的基本概念 202
6.1.2 重点区域伪装的基本流程 203
6.2 点面结合的重点区域确定方法 206
6.2.1 DEM数据中重要点位的确定 207
6.2.2 面的划分及重要区域的确定 210
6.2.3 重点区域选取的效果与分析 213
6.3 基于DWT的重点区域多尺度伪装和分权限还原 215
6.3.1 数字高程模型的多尺度特征 215
6.3.2 离散小波变换的多分辨率分析特性 218
6.3.3 重点区域的多尺度伪装方法 220
6.3.4 伪装数据的分权限还原方法 228
6.3.5 实验与分析 229
6.3.6 算法分析 238
参考文献 239
7 规则格网DEM数据线状特征的信息伪装 243
7.1 规则格网DEM数据的线状特征 244
7.1.1 线状特征的主要特点 244
7.1.2 线状特征的提取方法 245
7.2 线状特征信息伪装的基本流程 247
7.3 基于空间拟合的地性线伪装 249
7.3.1 地性线的表示方法与空间拟合 250
7.3.2 地性线特征及影响区域的信息伪装 252
7.3.3 伪装参数矩阵传输方法 254
7.3.4 伪装数据的还原 256
7.3.5 实验与分析 257
7.3.6 算法分析 269
参考文献 269
8 不规则三角网DEM数据的信息伪装 271
8.1 TIN DEM数据的特征分析 272
8.2 TIN DEM信息伪装的方法分类 273
8.3 基于正方形覆盖网格的TIN伪装 276
8.3.1 正方形覆盖网格和TIN节点数据之间的关系 276
8.3.2 正方形网格在TIN DEM信息伪装中的应用 279
8.3.3 实验与分析 281
8.3.4 算法分析 284
8.4 基于置乱?代换机制的TIN DEM信息伪装 285
8.4.1 基于混沌映射的高程置乱 285
8.4.2 基于中国剩余定理的高程代换 290
8.4.3 伪装数据的还原 293
8.4.4 实验与分析 294
8.4.5 算法分析 301
8.5 中国剩余定理在TIN DEM坐标域伪装上的扩展 301
8.5.1 高程点的坐标表示 301
8.5.2 基于CRT的空间坐标伪装 302
8.5.3 实验与分析 304
8.5.4 算法分析 307
参考文献 308
9 DEM伪装算法评价模型与辅助选择分析 311
9.1 常用的评价方法 312
9.1.1 专家打分法 312
9.1.2 层次分析法 313
9.1.3 模糊评价法 314
9.1.4 灰色关联度分析法 315
9.2 基于模糊数学法的算法评价 317
9.2.1 算法评价模型 317
9.2.2 算法辅助选择分析 322
9.3 基于灰色多层次的算法评价 324
9.3.1 评价指标体系的建立 324
9.3.2 DEM信息伪装评价的灰色多层次评价模型 329
9.3.3 实例分析 329
参考文献 333

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