国家大学生创新项目申报书

PAGE浙江工业大学“国家大学生创新性实验计划”项目申请书学院：计算机科学与技术学院项目名称：空间数据水印精度的评价与测量申请负责人：指导教师：申请日期：浙江工业大学教务处项目名称空间数据水印精度的评价与测量申请经费(含配套费)：2万元起止时间年月至年月负责人姓名所在学院专业班级联系电话E-mail项目组成员导师姓名朱文忠张旭东职务/职称副教授电-mailchxygis@申请理由（包括自身具备的知识条件：自己的特长、兴趣等）二、立项背景及意义地理空间数据在国家经济、国防建设占有十分重要的地位，它涉及到国家安全、科技协作交流和知识产权保护等各个方面，是制约我国经济、科学与技术可持续发展的重要因素之一。矢量地理空间数据和栅格地理空间数据是地理空间数据主要成分，由于矢量地理空间数据在存贮、变换等方面优于栅格数据，因此矢量地理空间数据在地学、测绘、军事等许多领域具有十分重要的地位和作用，目前已建立了大量的矢量地理空间数据库。在现代条件下，提供可靠的技术去保障空间数据的安全，是目前迫切需要解决的重要问题。水印技术是近年来发展起来的新的数据安全手段，在数字图像、声音和视频的安全保护方面取得了重要应用。但是，在矢量地理空间数据方面，水印的应用和研究还很薄弱，水印基本理论和关键模型、算法尚未建立，许多重要问题有待解决，其应用还处于初级阶段。空间数据水印精度的评价与测量能为水印的模型与算法建立构建一个检验平台，为空间数据水印技术的实际应用提供基本的评价依据。

三、项目方案1、项目研究目标、内容和拟解决的关键问题（一）研究目标通过分析与研究空间数据水印的相关理论与模型，建立空间数据水印精度分析的基本理论依据。研究水印信息对空间数据应用的影响以及精度、统计特性、分析与变化特征等，建立相关的精度评价模型与测量算法，为空间数据水印的研究提供一项测量与评价标准。（二）主要研究内容（1）空间数据水印基本特征分析空间数据的本质特征，分析空间数据与图像等栅格空间数据在存储、数据处理等方面的特点，研究二者在水印嵌入和提取方面的异同，研究空间数据水印基本特征。研究小波变换、傅立叶变换、离散余弦变换等数学理论和随机数的生成、基本加密算法、相关检测知识等水印相关的理论，重点分析空间数据的水印数学模型，建立空间数据水印精度分析的基本理论依据。（2）水印矢量地理空间数据精度评价模型与测量算法研究水印信息对矢量地理空间数据的影响，研究嵌入水印信息后数据的精度及其统计、分布、变化特征，建立相关精度数学模型。 利用水印精度的研究，改进矢量地理空间数据水印信息的设计、水印嵌入算法，完善矢量地理空间数据水印技术。（三）拟解决的技术难点（1）矢量地理空间数据水印技术的数学模型的理论分析 矢量地理空间数据水印的数学模型是水印技术的理论基础，如何从矢量空间数据自身特点出发建立适合的水印数学模型的理论分析是本项目研究的重点与难点。将利用信息论、概率论等理论深入研究水印数学模型的建立及其理论分析基础。（2）嵌入水印的矢量地理空间数据的精度控制精度是空间数据的本质特征。利用空间数据不确定性理论以及空间数据的应用本质，对水印数据的精度进行分析和研究，保证嵌入水印的数据能满足精度要求。2、拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析（一）研究方法通过对小波变换、傅立叶变换、离散余弦变换、信息论、概率统计等数学理论的研究以及随机数的生成、基本加密算法、相关检测知识等水印相关的基础理论的研究，结合矢量地理空间数据的本质特点，建立矢量地理空间数据水印基本理论，为矢量地理空间数据水印研究奠定理论基础。基于水印基本理论和矢量地理空间数据特点，研究矢量地理空间数据的水印数学模型，研究水印信息的生成和加密、水印嵌入、水印检测和提取、嵌入水印后数据精度等模型和算法。对于水印信息，利用最新加密方法并结合矢量数据特点进行研究，为数据安全提供进一步的保证。对于水印嵌入，利用基于小波变换，DCT、DFT等数学理论和方法，特别研究变换域水印嵌入方法，同时通过对嵌入水印后的数据的精度分析和研究，建立鲁棒性好、精度高的水印嵌入算法。对于水印信息的检测与提取，要结合水印信息的生成、水印的嵌入方法，通过水印算法抗攻击能力、水印强度、水印长度三者之间的关系研究，根据检验统计量的统计模型以及优化准则设定合理的检测阈值，设计出性能好的水印检测器。利用软件工程思想建立矢量地理空间数据水印原型软件系统，系统具有组件、开放、友好的特点。（二）技术路线本项目的技术路线流程为：矢量地理空间数据矢量地理空间数据水印嵌入模型水印精度模型水印攻击模型嵌入水印矢量地理空间数据水印检测与提取模型水印信息生成对矢量地理空间数据特征进行分析，并与影像等栅格数据比较，同时分析研究现有的图像水印技术和相关数学理论，为进一步的研究奠定基础。本项目研究将主要围绕矢量地理空间数据水印嵌入模型和算法进行，重点研究基于小波变换等理论的变换域水印嵌入方法，同时考虑地理数据对精度的要求，考虑嵌入方法抗各种攻击的能力特别是矢量数据的各种变形特征。同时，对各种嵌入方法进行深入分析比较，并研究水印检测与提取方法以及与水印嵌入、攻击、水印信息等之间的联系和影响，为建立高性能的水印嵌入方法提供依据。在模型的建立中，通过各种不同矢量地理空间数据进行实验研究，改进提出的模型和算法，检验算法的正确性。最终，利用建立的模型和算法，得到矢量地理空间数据水印原型软件系统。（三）可行性分析本项目从矢量地理空间数据本质特征出发，研究矢量地理空间数据水印理论、模型、算法和应用软件系统。基于地图学理论和数学等学科理论基础，能够建立矢量地理空间数据水印基本理论，为矢量地理空间数据水印研究奠定理论基础。根据矢量地理空间数据特征、利用小波分析、CFT等数学等相关理论，能够在矢量数据水印信息生成与预处理、矢量数据水印嵌入的模型和算法、矢量数据水印信息的检测与提取的模型和算法等方面取得突破性成果。利用不确定性理论，能深入研究水印矢量地理数据不确定性模型和算法。最终，能够建立可靠、实用的矢量地理空间数据水印软件应用系统。同时，本项目研究方案精心设计，技术路线合理完善，研究方法先进科学，因此，本项目具有切实可行性。项目申请者和课题组成员多年从事GIS、地图制图、数据安全、数学等领域的教学与研究，具有扎实的专业理论基础及数学理论基础，发表了篇10数SCI检索论文，在理论和应用研究方面取得了多项具有国际先进水平的创新性成果。申请者长期与香港理工大学合作研究空间数据建模、空间数据不确定性等方面的问题，积累了大量研究资料，对于本项目中研究的问题有深刻的认识和理解。此外，已在空间数据安全特别是矢量数据水印研究方面取得一系列前期研究成果，具有完成本项目的研究能力。项目申请者所在的地图制图学与地理信息工程系是国家重点建设学科单位，所在单位拥有军队重点实验室和以两院院士为代表、中青年教授为骨干的专业研究人员，具有研究与开发所需的各种软、硬件环境，能确保该研究项目的顺利完成。项目的创新之处（1）建立矢量地理空间数据数字水印技术的模型和算法基于数学等理论，建立若干水印嵌入、检测和提取、精度的模型和算法，深化空间数据水印方法的研究。（2）为图形水印技术提供可靠的精度保证本项目研究成果作为空间数据处理的重要组成部分，将进一步丰富我国目前空间数据研究的理论和技术，为空间数据特别是矢量地理空间数据的安全提供可靠的技术手段，具有重要的理论意义和应用价值。项目研究计划及预期进展5、经费预算：四、预期成果（1）发表二篇相关研究的论文。（2）开发一套用于空间数据水印精度的评价与测量系统平台。导师意见：（项目的意义、科学性、可行性）导师签字：年月日学院初审意见：主管领导签字：学院盖章