楊金鳳

（重慶鈞鴻工程勘測設(shè)計有限公司，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)相對滯后，信息數(shù)據(jù)易產(chǎn)生竊取風(fēng)險，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，因此對信息脫密處理技術(shù)進(jìn)行研究，具有重要的現(xiàn)實意義。國外通過屬性脫密的方法，制定了地理信息數(shù)據(jù)的訪問策略，采用數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)，有效過濾空間屬性信息，并通過數(shù)字高程模型，對地理信息的屬性對象進(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。國內(nèi)同樣引入數(shù)學(xué)算法，對地理信息的關(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

1.1 變換地理敏感信息空間位置

對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，對敏感信息進(jìn)行空間位置變換。利用GIS 軟件，對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，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)的控制點要逐個選取，將明顯的巖層礦口和河流交叉口作為控制點，連接不同待配準(zhǔn)影像的同名控制點，每段礦區(qū)的控制點選擇6 個以上，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)。計算后最終選取三階多項式的樣條函數(shù)，三階多項式殘差最大為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)無縫銜接。在提高變換函數(shù)復(fù)雜程度的基礎(chǔ)上，對地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行相似變換，判斷數(shù)據(jù)空間位置的坐標(biāo)，對坐標(biāo)進(jìn)行縮放、平移和旋轉(zhuǎn)等變換。變換函數(shù)計算公式為：

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），對地理信息數(shù)據(jù)的控制點進(jìn)行變換，由于相似變換不會單獨對軸進(jìn)行縮放和傾斜，因此在變換過程中，要保持信息要素的相對形狀，保持變換前后的縱橫比。實現(xiàn)位置坐標(biāo)的縮放、平移和旋轉(zhuǎn)后，還要對空間位置進(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)控制點的分布數(shù)量，確定數(shù)據(jù)傾斜變換的精度。然后對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行仿射，實現(xiàn)數(shù)據(jù)點坐標(biāo)的精確恢復(fù)，利用有理函數(shù)，將數(shù)據(jù)控制點的坐標(biāo)描述為兩個多項式比值，獲取二維平面與三維空間的對應(yīng)關(guān)系，對數(shù)據(jù)坐標(biāo)的多項式進(jìn)行運算，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，對數(shù)據(jù)像點坐標(biāo)進(jìn)行搜索，獲得像點坐標(biāo)的大致范圍。根據(jù)數(shù)據(jù)像點的固定慣性權(quán)重，在信息像點群中進(jìn)行全局搜索，慣性權(quán)重越小，數(shù)據(jù)像點的局部搜索能力越強，由于坐標(biāo)搜索過程中，像點的慣性權(quán)重不會改變，為降低像點坐標(biāo)搜索難度，還要對像點慣性權(quán)重值進(jìn)行線性迭代。像點慣性權(quán)重值計算公式為：

公式中，w 為地理信息數(shù)據(jù)像點的慣性權(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），對信息像點坐標(biāo)范圍進(jìn)行迭代更新，確保像點坐標(biāo)的精確度。搜索出信息像點坐標(biāo)后，采用三次卷積法內(nèi)插法，內(nèi)插原始信息數(shù)據(jù)的像點灰度值，為每個像點坐標(biāo)上的空單元指定一個值，改變原始柵格值，選取與像點位置最鄰近的像元值，將鄰近像元值作為該像點的新值。數(shù)據(jù)像元值更新后，會產(chǎn)生灰度跳躍變化，即信息數(shù)據(jù)的邊緣處，會出現(xiàn)連續(xù)變換像素和視覺效應(yīng)差等問題，此時利用雙線性內(nèi)插法，對像點周圍的鄰域像元進(jìn)行采樣，計算像點到領(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)的對應(yīng)像點，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)像點灰度值，先在Y 方向進(jìn)行內(nèi)插4 次，獲取數(shù)據(jù)像點的柵格值，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，實現(xiàn)所有遙感影像信息數(shù)據(jù)的脫密。

最后對敏感信息的脫密精度進(jìn)行驗證，選取遙感影像中的區(qū)域特征點，對特征點脫密前后的地理位置進(jìn)行測量，選取excel 的中誤差計算公式，當(dāng)中誤差大于100m 時，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。

2 實驗論證分析

將此次技術(shù)與傳統(tǒng)信息脫密處理技術(shù)進(jìn)行對比實驗，通過信息數(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 個關(guān)鍵點，將關(guān)鍵點的矢量地圖數(shù)據(jù)作為實驗數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)點的X 坐標(biāo)和Y 坐標(biāo)，如下表所示：

表1 信息關(guān)鍵點原始坐標(biāo)

兩組實驗對信息關(guān)鍵點進(jìn)行脫密處理，矢量數(shù)據(jù)坐標(biāo)產(chǎn)生變換，10 個關(guān)鍵點都發(fā)生了方向和位移的不規(guī)則偏移。統(tǒng)計兩組實驗偏移后的X 坐標(biāo)和Y 坐標(biāo)，比較關(guān)鍵點的偏移距離，具體對比結(jié)果如下表所示：

表2 實驗對比結(jié)果

如上表所示，兩組實驗的關(guān)鍵點偏移量都在200m 以內(nèi)，脫密降低的數(shù)據(jù)精度都符合國家標(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

針對傳統(tǒng)技術(shù)脫密數(shù)據(jù)精度差的問題，設(shè)計一個礦山綜合地理信息系統(tǒng)的敏感信息脫密處理技術(shù)，并通過對比實驗，驗證其可行有效性。但此次技術(shù)仍存在一定問題，數(shù)據(jù)像素變換不連續(xù)，在今后的研究中，會引入共線方程混合脫密，對該技術(shù)進(jìn)一步加以改善。