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2.4 DEM信息伪装与相关技术的辨析

2.4.1 DEM信息伪装与数据加密、信息隐藏的辨析

数据加密、信息隐藏与信息伪装是DEM数据保护的三种主要方式,三者的区别主要有以下几点。

(1)得到结果的组织形式不同。DEM数据加密是将普通密码学的思想应用于地理信息保护领域,得到的结果是无法理解的数据流,不具有任何实际意义;信息隐藏是将DEM隐藏于其他可以公开的数据中传输,结果与该公开数据类型一致,可以是图像、声音、文本等其他形式;信息伪装是将重要信息仍旧隐藏于原始DEM数据中,不仅隐藏了信息,更是隐藏了技术本身,得到的结果还是DEM数据。三种DEM信息保护技术得到结果的具体形式如图2.13所示。

图2.13 三种DEM信息保护技术得到结果的形式比较

(2)是否使用了载体。采用数据加密保护DEM数据不需要任何载体,是对数据本身进行的处理;采用信息隐藏技术时一般需要有另外一组数据作为载体,才能完成信息保护;而信息伪装技术中的载体不是必需的,要根据不同的伪装技术决定是否需要,并且选择的载体一般和原始数据具有直接关系,这也是区分DEM信息伪装和数据隐藏的一个重要方面。

(3)对DEM数据的保护程度不同。数据加密不具有任何迷惑性,主要用于DEM数据存储与传输过程中的安全防护,解密后不再有任何保护作用;由于受到信息容量的限制,信息隐藏目前更侧重于数字水印的研究,着重保护DEM数据的版权问题,可用于盗版或泄密追踪;DEM信息伪装具有很强的迷惑性,主要用于保护数据中包含的重要信息,在特定领域具有一定优势。

另外,三者在迷惑性、可用性、发展程度上等也有很大差别(见表2.1)。数据加密不具有任何迷惑性,无法理解,特别容易被发现数据经过特殊处理,发展程度已经相当高;信息隐藏可以永久保护DEM数据信息,但不影响宿主的正常使用,正处于逐步发展完善的阶段;信息伪装迷惑性很强,不影响数据的可用性,对数据保护得比较彻底,目前还刚刚起步,急需进行重点研究。

表2.1 三种信息保护技术在其他方面的比较分析

三种DEM信息保护方式具有明显的差别,但相互间并不矛盾。数据加密是信息保护的通用方式,优秀的密码学算法可以被借鉴到信息隐藏和信息伪装领域,增强算法的安全性;广义上,DEM信息伪装不仅是一种信息自隐藏技术,两者还都可以归为数据加密的技术范畴,只是采用了不同的信息保护手段。实际上,三种技术可以共同使用,特别是在传输信息伪装的密钥时,数据加密和信息隐藏是必不可少的技术手段。

2.4.2 DEM信息伪装与DEM建模的辨析

本质上,DEM信息伪装也是一种DEM重新建模的过程,相应的建模理论和误差思想对信息伪装具有一定的参考价值。DEM建模主要是指在高程离散采样点的基础上,通过一定的方法构建规则格网DEM或不规则三角网DEM的过程。

规则格网DEM的构建,是根据若干相邻采样点的高程求出待定格网点高程值的过程,在数学上属于插值问题。按照内插点的分布范围,RSGDEM内插可分为整体内插、分块内插和逐点内插三类;按照内插方法分类,又可分为内插和拟合两大类。内插要求曲面通过内插范围的全部采样点,拟合则不要求曲面严格通过采样点,但要求拟合面相对于已知数据点高差的平方和最小,即遵从最小二乘法则。RSGDEM内插的主要方法如图2.14所示。

图2.14 RSG DEM内插的主要方法

不规则三角网DEM建模是指通过从不规则分布的数据点生成一系列互不交叉、互不重叠的连接在一起的三角形来逼近地形表面(见图2.15)。TINDEM是DEM的另一种主要数据模型,TIN的特点在其字面意思中表露无遗。

T:三角化或三角剖分(Triangulated),是离散数据的三角剖分过程,也是TIN DEM的建立过程。三角形是最简单的几何形状,由于空间三点能唯一确定一个三角形,因此三角形单元是表达局部地形表面的最佳形式。目前的三角剖分均是在二维平面上进行的,然后在三角形的顶点赋予所对应的高程值,从而形成空间三角形平面。位于三角形内部的任何一点的高程值都可通过三角形方程唯一确定。

图2.15 TIN的形成与含义

I:不规则(Irregular),指用来构建TIN的采样点的分布形式。与RSG DEM相比,TIN DEM具有可变分辨率,也就是说在地形变化复杂的地方,数据点分布比较密,三角形形状较小且密集,而在地形变化平缓的地方,数据点稀疏,三角形大且稀疏。因此,TIN DEM比RSG DEM能更好地反映地形起伏特征。

N:网络(Network),表达了整个区域中三角形的分布状态,即三角形之间不能交叉和重叠,但又有机地联系在一起,三角形之间的拓扑关系隐含其中。三角形的网络结构使得在TIN DEM上能够进行较为复杂的表面分析。

近年来,针对DEM建模的精度问题,国内外很多专家和学者进行了详细的研究,从不同角度研究了建模精度的分类、成因、分布特征和传播模型等问题,王耀革在其博士论文中对这些研究进行了较为详细的分类。DEM建模和信息伪装的主要区别在于DEM建模的目的是建立地球表面一定区域内高保真的模拟模型,而信息伪装的目的是改变原始数据的这种高保真特性,将其变成具有一定仿真能力的假数据。在DEM信息伪装时,伪装数据是否改变了原始数据的高保真特性,还原数据是否在处理过程中还能达到应用的精度要求,都需要相应的理论进行支撑。

同时,DEM在地形建模过程中也很容易进行信息伪装。在整个地形重建过程中,高程内插计算是一个关键环节,根据采样点内插计算出其他未知点的高程值是整个DEM建模的核心问题。从DEM的概念出现发展至今,内插方法很多,却没有统一的标准,为DEM的信息伪装提供了便利,制作者可以在进行内插计算时加入伪装因子,建模生成的DEM就是经过处理的伪装数据。 GldBxhtGu15ghW5M40pWmZ9ouYVNbtLMfeTK6z3pE3NsxwNyMZS5ttotNjk3TYs7

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