CN107835241A - 一种路网环境中连续近邻查询下的隐私保护区域构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路网环境中连续近邻查询下的隐私保护区域构建方法，包括：用户设置查询信息，进行安全区域构建后；根据信息点的数量设置影响因子，并且根据所述用户信息以及所述影响因子构建匿名区域，再对所述匿名区域进行排除异侧信息点，再排除所述异侧信息点后，若所述匿名区域内信息点不足则扩大所述匿名区域；根据用户所处位置确定分割点，对所述匿名区域进行划分，当用户超出分割点时，重新构建所述匿名区域，当用户位于分割点之内时，确定所述匿名区域。

Description

一种路网环境中连续近邻查询下的隐私保护区域构建方法

技术领域

本发明涉及位置信息服务技术领域，具体涉及一种路网环境中连续近邻查询下的隐私保护区域构建方法。

背景技术

基于位置服务(Location Based Services,LBS)的应用给人们生活带来诸多便利，在日常的生活中得以广泛应用。具体来讲，用户若需要LBS提供位置服务，则需要将包含自身位置的信息发送到LBS服务器寻求位置服务，LBS服务器根据用户所发送请求所包含的地理位置等信息，记录并计算源点到目的点的最优路径。显然，用户在享受位置服务的同时也泄露了个人位置信息。而这些敏感信息的泄露对于用户的人身、财产安全来说威胁巨大。因而，如何保护用户的位置信息安全成为了位置隐私保护的研究热点之一。

现有的研究成果中大多数是基于欧式空间进行区域划分。在欧式空间下，区域中用户的位置移动不受外界因素干扰，在其空间范围内可进行任意移动，测量用户之间的距离基本遵循“两点之间，线段最短”的空间原则。但是在实际路况中，用户位置移动必然受到路网环境的影响，比如驾驶者需考虑公路上的驾驶规则。若构造匿名区域依然在欧式空间下进行，攻击者可根据路网环境信息以更高的概率排除匿名区域中的其他用户，导致用户隐私信息的泄露。

发明内容

本发明设计开发了一种路网环境中连续近邻查询下的隐私保护区域构建方法，本发明的发明目的之一是根据用户的历史位置及当前实际路况对用户的行驶路线做出预测，将其在最短时间内可能到达的路段构建到匿名区域内。

本发明的发明目的之二是在匿名区域中排除与用户位于异侧路段的信息点，增强匿名区域真实性。

本发明提供的技术方案为：

一种路网环境中连续近邻查询下的隐私保护区域构建方法，包括：

用户设置查询信息，进行安全区域构建后；

根据信息点的数量设置影响因子，并且根据所述用户信息以及所述影响因子构建匿名区域，再对所述匿名区域进行排除异侧信息点，再排除所述异侧信息点后，若所述匿名区域内信息点不足则扩大所述匿名区域；

根据用户所处位置确定分割点，对所述匿名区域进行划分，当用户查询信息超出分割点时，重新构建所述匿名区域，当用户位于分割点之内时，确定所述匿名区域。

优选的是，通过选取集中式结构构建所述安全区域，包括：用户将自身位置信息及匿名等级传输到中心服务器构造所述安全区域，再发送到LBS服务系统，并将查询结果返回给中心服务器，挑选出用户的请求信息发送给移动用户端。

优选的是，根据所述查询信息构建所述匿名区域；

其中，用户的查询信息为：Q＝{p(i,j),v,con,k-level,l}；

式中，p(i,j)为用户的所在位置，i为位置经度，j为位置纬度，v为用户的运行速度，con为用户查询内容，k-level为用户所需的匿名等级，l为匿名区域所包含的路段数量。

优选的是，所述用户所在位置p(i,j)和所述用户运行速度v通过GPS定位获取。

优选的是，根据路段中信息点的数量设置影响因子，并且根据所述影响因子构建所述匿名区域行驶路段，包括：通过用户所在路段的交通路口确定所选择的路段信息点数量，然后分别设置不同路段的影响因子，用户选择其中所述路段信息点数量与对应影响因子乘积最小值的路段为确定的行驶路段。

优选的是，对所述匿名区域进行排除异常信息点包括如下步骤：

步骤一、分别获取用户和信息点的经纬度以及实际路况，得到两点之间各个路况的节点信息，将两点之间的路段累计求和得到实际路网距离；

步骤二、分别获取用户和信息点的经纬度，在地图中根据以上两点建模，计算两点之间的直线距离得到欧式空间距离；

步骤三、比较所述实际路网距离与所述空间欧式距离；

当所述实际路网距离约等于所述空间欧式距离时，可判定用户与该POI点位于路段的同侧车道，将此信息点保留；

当所述实际路网距离远大于所述空间欧式距离时，则判断在路网环境下由用户位置行驶到信息点位置是否存在掉头路段，若检测到存在，则判断该信息点位置在异侧车道，将此信息点排除；

步骤四、在排除与用户处于异侧车道信息点后，若匿名区域内信息点不足K-1个，则需扩大匿名区域。

优选的是，在所述步骤二中，采用勾股定理计算所述空间欧式距离。

优选的是，所述分割点为1/2[distance(o_a,o_d)]，其中，设置用户第一次匿名区域为{o_a,o_b,q,o_c}，第二次匿名区域为{o_b,o_c,q,o_d}。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：

1、本发明能够在保护用户位置隐私的同时，提高LBS服务质量；

2、本发明增加匿名区域内的路段数量、排除异侧车道信息点，提高了用户的匿名率，保护用户的位置隐私；

3、本发明通过排除异侧车道信息点扩大了用户的匿名区域，延长了匿名区域的更新时间，当匿名区域在某一段时间内一直有效，不必对LBS再次进行服务请求，可直接调用历史查询信息，有效减少通信量。

附图说明

图1为本发明所述路网环境中连续近邻查询下的隐私保护区域构建方案流程图。

图2为本发明所述的路况环境图。

图3为本发明所述的匿名区域划分分割点示意图。

图4为本发明所述的匿名区域划分分割点示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1～4所示，本发明提供了一种路网环境中连续近邻查询下的隐私保护区域构建方案，根据用户的历史位置及当前实际路况对用户的行驶路线做出预测，将其在最短时间内可能到达的位置构建到匿名区域内，并对区域内与用户位于异侧路段的信息点排除，增强匿名区域真实性，同时采取安全区域分割点对区域进行划分，调用历史查询信息，减少对LBS服务器请求次数，降低通信量。

本发明具体实现步骤如下：

步骤一、选取集中式结构对用户进行安全区域构建；

集中式结构包括移动端、中心服务器和LBS服务器，用户将自身位置信息及匿名等级传输到中心服务器构造匿名区域(默认为安全区域)，再发送到LBS服务系统，并将查询结果返回给中心服务器，挑选出用户的请求信息发送给移动用户端；

在本实施例中采取的集中式结构可将每次用户的查询结果存储到中心服务器中，便于后续用户查询时调取历史查询信息；

步骤二、在用户查询信息中，匿名等级k-level和路段l由用户自行设置，然后将用户查询信息发送到中心服务器构建匿名区域；

其中，用户查询信息表示为：Q＝{p(i,j),v,con,k-level,l}；式中，p(i,j)为用户的所在位置，i为位置经度，j为位置纬度，v为用户的运行速度，con为用户查询内容，k-level为用户所需的匿名等级，l为匿名区域所包含的路段数量，k-level与l值越大匿名等级越高；

在本实施例中，上述用户查询信息式中的p(i,j)，v可由GPS定位直接获取，con、k-level、l需用户自行设置，k-level越大，匿名效果越好，但是搜寻其他用户所用的时间越长，l为用户设置匿名区域包含的路段数量，同样l值越大，隐私度越高，但是需要根据行驶路线、路段状况等进行选择，也会花费相应的时间；

采用K匿名方案构建匿名区域，当用户设置匿名等级为K时，需要将周围的K-1个用户构建到匿名区域内，将该区域发送到LBS系统进行信息查询。

用户将查询信息(包含用户自行设置的匿名等级k-level和路段l)发送到中心服务器进行匿名区域构建，构建区域内包含用户在内的K个用户和l条路段。

步骤三、根据路段中信息点的数量设置影响因子，根据影响因子构建匿名区域；

该步骤对步骤二中匿名区域的l路段进行选取，中心服务器选取用户在最短时间内可能到达的路段，根据每条路段中的信息点数量设置影响因子，信息点数量与对应影响因子乘积最小值的路段为确定的行驶路段。将用户设置的l条路段构建到匿名区域内，具体构建方案如下：

在本实施例中，路况环境如图2所示，设用户所在路段为(n₄，n₂)，通过交通路口n₂可能到达路段(n₂，n₁)设为n₂₁，路段(n₂，n₃)设为n₂₃，路段(n₂，n₄)设为n₂₄，设路段影响因数分别为δ1、δ2和δ3，路段信息点数量用U_poi<>表示；

影响因数根据用户提出的路段数量l进行设置，当路段车辆越多，影响因数越大，反之数值越小；

当用户设置l＝2时，影响因数分别为0.4和0.6；当用户设置l＝3时，影响因数分别为0.1、0.3和0.6；由图2可知，路段n₂₁中U_poi<21>＝6，路段n₂₃中U_poi<23>＝2，路段n₂₄中U_poi<24>＝2，在通过某一路段时，一般用户更倾向于选择较少车辆的路段行驶，并且n₂₄路段为用户所在路段的返回路线，选择性较小(除非驾驶路线错误掉头或达到目的地后返回)，因而设δ1＝0.6、δ2＝0.3和δ3＝0.1，P_ni为用户所选择的行驶路线：Pn_i＝Min{Pn₁＝δ₁*U_poi＜21＞:Pn₂＝δ₂*U_poi＜23＞:Pn₃＝δ₃*U_poi＜24＞}正常情况下，路段拥堵值越小，用户选择该路段的可能性越大；同时，本实施例选取路段数量l＝2，可将{n₄₂、n₂₃}路段加入到用户构造的匿名区域中；

步骤四、根据路段用户与其他信息点之间的欧氏距离与路网距离，对与用户处于异侧车道的信息点进行排除，进一步扩大匿名区域；其中，路网距离dis(q,o_i)表示在路网环境下用户q与信息点o_i之间的最短距离，欧式空间距离diso(q,o_i)表示欧式空间下用户q和信息点o_i之间的最短距离；进一步的，包括如下步骤：

步骤a、分别获取用户和信息点的经纬度以及实际路况，得到两点之间各个路况的节点信息，将两点之间的路段累计求和得到实际路网距离；

步骤b、分别获取用户和信息点的经纬度，在地图中根据以上两点建模，利用勾股定理计算两点之间的直线距离得到欧式空间距离；

步骤c、比较用户与信息点之间的路网距离与欧氏距离。当dis(q,o_i)≈diso(q,o_i)时，可判定用户与该POI点位于路段的同侧车道；当dis(q,o_i)＞＞diso(q,o_i)时，则判断在路网环境下由用户位置q行驶到o_i是否存在掉头路段，若检测到存在，则判断该信息点o_i在异侧车道；

步骤d、在排除与用户处于异侧车道信息点后，若匿名区域内信息点不足K-1个，则需扩大匿名区域；

步骤五、根据用户所处的不同位置，对匿名区域进行划分，当用户所处位置超过路段分割点，则重新构造匿名区域，当用户位置未超过分割点时，调取上轮历史查询信息，方案通过排除异侧车道信息点扩大了匿名区域，延长更新匿名区域的时间；

在本实施例中，如图3、图4所示，设置用户查询第一次匿名区域为{o_a,o_b,q,o_c}，第二次匿名区域为{o_b,o_c,q,o_d}，则分割点为：1/2[distance(o_a,o_d)]，当用户在某一时刻发出位置请求服务，设定k-level＝4，中心服务器构造匿名区域，在图3中用户构成的匿名区域为{o₂,q,o₄,o₅}，在图4中用户构成的匿名区域为{o₄,o₅,q,o₁₁}，两个时间的匿名区域不同，因而在该路段存在安全区域分割点，其中o₂,o₁₁分别表示该区域的最远的POI点和最近的POI点，其分割点为1/2[distance(o₂,o₁₁)]，即用户在分割点s₁之前发送位置请求时，匿名区域不变，直接从中心服务器读取上一轮查询结果即可，若在分割点s₁之后则需重新向LBS服务器发送请求位置信息。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种路网环境中连续近邻查询下的隐私保护区域构建方法，其特征在于，包括：

用户设置查询信息，进行安全区域构建后；

根据信息点的数量设置影响因子，并且根据所述用户信息以及所述影响因子构建匿名区域，再对所述匿名区域进行排除异侧信息点，再排除所述异侧信息点后，若所述匿名区域内信息点不足则扩大所述匿名区域；

根据用户所处位置确定分割点，对所述匿名区域进行划分，当用户查询信息超出分割点时，重新构建所述匿名区域，当用户位于分割点之内时，确定所述匿名区域。

2.如权利要求1所述的路网环境中连续近邻查询下的隐私保护区域构建方法，其特征在于，通过选取集中式结构构建所述安全区域，包括：用户将自身位置信息及匿名等级传输到中心服务器构造所述安全区域，再发送到LBS服务系统，并将查询结果返回给中心服务器，挑选出用户的请求信息发送给移动用户端。

3.如权利要求2所述的路网环境中连续近邻查询下的隐私保护区域构建方法，其特征在于，根据所述查询信息构建所述匿名区域；

其中，用户的查询信息为：Q＝{p(i,j),v,con,k-level,l}；

式中，p(i,j)为用户的所在位置，i为位置经度，j为位置纬度，v为用户的运行速度，con为用户查询内容，k-level为用户所需的匿名等级，l为匿名区域所包含的路段数量。

4.如权利要求3所述的路网环境中连续近邻查询下的隐私保护区域构建方法，其特征在于，所述用户所在位置p(i,j)和所述用户运行速度v通过GPS定位获取。

5.如权利要求4所述的路网环境中连续近邻查询下的隐私保护区域构建方法，其特征在于，根据路段中信息点的数量设置影响因子，并且根据所述影响因子构建所述匿名区域行驶路段，包括：通过用户所在路段的交通路口确定所选择的路段信息点数量，然后分别设置不同路段的影响因子，用户选择其中所述路段信息点数量与对应影响因子乘积最小值的路段为确定的行驶路段。

6.如权利要求1、2、4或5中任一项所述的路网环境中连续近邻查询下的隐私保护区域构建方法，其特征在于，对所述匿名区域进行排除异常信息点包括如下步骤：

步骤一、分别获取用户和信息点的经纬度以及实际路况，得到两点之间各个路况的节点信息，将两点之间的路段累计求和得到实际路网距离；

步骤二、分别获取用户和信息点的经纬度，在地图中根据以上两点建模，计算两点之间的直线距离得到欧式空间距离；

步骤三、比较所述实际路网距离与所述空间欧式距离；

当所述实际路网距离约等于所述空间欧式距离时，可判定用户与该POI点位于路段的同侧车道，将此信息点保留；

当所述实际路网距离远大于所述空间欧式距离时，则判断在路网环境下由用户位置行驶到信息点位置是否存在掉头路段，若检测到存在，则判断该信息点位置在异侧车道，将此信息点排除；

步骤四、在排除与用户处于异侧车道信息点后，若匿名区域内信息点不足K-1个，则需扩大匿名区域。

7.如权利要求6所述的路网环境中连续近邻查询下的隐私保护区域构建方法，其特征在于，在所述步骤二中，采用勾股定理计算所述空间欧式距离。

8.如权利要求7所述的路网环境中连续近邻查询下的隐私保护区域构建方法，其特征在于，所述分割点为1/2[distance(o_a,o_d)]，其中，设置用户第一次匿名区域为{o_a,o_b,q,o_c}，第二次匿名区域为{o_b,o_c,q,o_d}。