CN111309831A - 一种基于双线性内插模型的不动产地理空间数据脱敏方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于双线性内插模型的不动产地理空间数据脱密方法，包括以下步骤：输入不动产地理空间数据数据，包括不动产房屋空间化后的界址点数据、界址线数据和界址面数据；基于研究区域的大小选择建立合适的格网；对格网节点坐标在精度要求的范围内随机偏移；进行格网内插计算界址点数据的偏移量；对界址点数据进行坐标改正；对不动产登记数据脱敏后的结果进行分析等。本发明可以使对不动产地理空间数据进行脱密，很好的解决了不动产登记数据的保密性和共享性问题，形成的脱密后的不动产登记数据具有不可还原性，可以实现不动产横向业务共享、互联网共享及不动产大数据分析广泛应用，有效降低了不动产登记数据的密级、保留表征不动产时空态势型基本特征，在实际应用中具有较好的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及不动产登记信息管理技术领域，具体涉及一种基于双线性内插模型的不动产地理空间数据脱密方法。
背景技术
随着地理信息技术和经济社会的发展，各行各业对地理空间数据的需求也越来越迫切，不动产登记数据作为记载城市全区域多时序、多主体关联信息和档案的多元数据，包含了源于社会、经济、政务等多方面的不动产属性数据和地理空间数据，城市不动产地理空间数据是城市发展过程的客观全息立体刻画，是研究城市发展时空变化特征的重要依据，对研究城市不动产数据对研究城市的时空变化特征具有重要的意义。
不动产地理空间数据能准确反映地物的准确位置、高度以及其他相关信息，而这些地物信息可能涉及国防和军事机密，所以不动产地理空间数据是国家重要的基础性和战略性资源，具有一定的保密性，如何在保证数据安全的前提下，满足社会对不动产地理空间数据的研究需求，是现在进行不动产登记问题研究面临的问题之一。地理空间数据的保密处理可以从属性信息和控件位置精度两方面出发对地理空间数据进行脱密，为了解决不动产地理空间数据保密问题所带来的研究不便，本发明提出一种基于双线性内插模型的不动产地理空间数据脱密方法。在脱密处理后不动产地理空间数据的相关数据和大地坐标能够做到保密，同时，地形图的绝对定位精度也降低到军事保密要求范围内，但又能保证不动产地理空间数据在地图上的空间关系和相对精度不被破坏，满足各种研究和生活建设的需求，具体做法如下：将具有研究数据的研究区域按照一定的尺寸分割为若干格网，把各个格网的节点作为转换公共点；按照固定范围内随机变量的方法对各网点的节点做随机偏移处理，得到格网节点X、Y方向的偏移量，将各个格网点偏移后的坐标作为脱密后的新坐标，根据双线性内插原理形成脱敏前后坐标差值的数学模型；利用格网节点上的坐标偏移量的数学模型内插格网内任意界址点上的坐标偏移量，根据偏移量对格网中的界址点坐标进行转换，最后，将转换后的各个地物按照编码规则和排序点号转换成界址线和界址面数据，此数据即为脱密后的不动产地理空间数据。
发明内容
1、解决的技术问题
本发明的为了解决不动产地理空间数据在研究中的保密性问题，本发明提供一种基于双线性内插模型的不动产地理空间数据脱密方法，采用格网分割方法处理地理空间数据，对格网点加入随机数组增加了脱密偏移的随机性，从而达到良好地脱密效果，双线性内插方法的运用，可以计算格网内任意数据点的偏移量，根据偏移量进行数据点的偏移，达到格网内数据脱密的目的。
2、技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于双线性内插模型的不动产地理空间数据脱密方法，包括如下步骤：
(1)输入不动产地理空间数据，用于脱密的不动产地理数据包括不动产房屋空间化后的界址点数据、界址线数据和界址面数据；
(2)基于研究区域选择建立合适格网；
1)不动产数据编码，对不动产界址面数据进行编码，即对每个图形进行分类；对界址线数据和界址面数据利用空间位置进行属性连接，进行相同分类处理，用于后期的改正后的界址点、界址线、界址面数据的属性恢复。
2)格网建立规则设计
格网建立应符合GB/T17278-2009《数字地形图产品基本要求》中的相关规定，基础测绘成果中各种比例尺地形图的平面精度应符合相关要求，对不动产地理空间数据进行网格划分时，既要保证数据的脱密效果，也要考虑到程序的运算效率，因此，需要对格网划分的方法进行分析，如果统一按照同一个尺寸来划分格网，便会出现大幅地形图分割过多格网导致程序运行负荷过大而降低效率，而小幅地形图分割格网过少，造成脱密过于粗糙而导致脱密不彻底、容易被校正的情况。分割原始地形图的格网节点坐标一定要做好保密，否则很容易根据各个格网的具体位置而在各个小格网内部进行解算，从而大大降低解算难度导致不动产数据容易被校正。因此，在进行格网划分时应首先确定，待脱密数据的比例尺，其次确定待脱密数据的覆盖范围，之后按照表1地形图平面精度要求和实际应用需求确定网格划分间隔。
3)数据存储规则设计
在格网变形中，需要对格网及与之对应的格网点和格网内部地物进行两次数据格式设计：
①在不动产地理空间数据分割为格网并得出格网点坐标后，需要对各格网以及与之匹配的四个格网点做好格式设计，即设计一个可以存储格网代码以及与此格网相对应的四个格网坐标点的存储格式；这个格式在格网节点坐标脱密后仍可存储脱密后的格网点坐标，并使脱密前后的两个坐标相对应，能够调用进行双线性内插脱密模型的计算。
②每个格网内部均有不同形式的不动产数据，如界址点、界址线、界址面，这些不同性质的不动产数据属性各不相同，为了能方便提取计算，需要对点、线、面等多种不同类型的数据存储进行存储格式设计，这就需要建立若干不同的存储格式来存储集中不同类型的数据。对于界址点数据需要唯一ID号、X坐标、Y坐标、高程这三个属性,以及界址点数据的编码类型以及对应界址线和界址面中的节点的点号顺序；界址线要记录唯一ID，节点个数，以及与界址面对应的分类编码，有存储代号、界址线分类编码属性；脱密后的各不动产数据仍需要相同格式的存储结构来存储属性，便于调取写入脱密后的文档中。
4)生成格网
按照上诉格网建立规则，综合考虑待脱密数据的区域范围、数据分布和地形图精度要求，选取一个合适的间距。
(3)对格网内的各个节点坐标进行随机偏移，并记录偏移量，包括X方向的偏移量和Y方向的偏移量
在格网分割的同时，需生成一组对格网节点进行移位处理的随机参数，当格网分割完成后，将随机数组中的数值加入进各个格网节点坐标进行运算，使得各个格网点进行一定程度的坐标偏移处理，四角节点的偏移量取决于待脱密地理空间数据的保密和应用要求，在满足这两个条件下，设定坐标偏移范围，在这个范围内生成随机数组对格网节点做随机偏移，相邻格网节点只偏移一次，将处理后的格网点坐标偏移量存储，并使其各偏移量与各自的格网点形成一一对应的存储关系，偏移后的格网如图2所示，图中菱形点代表偏移后的格网节点。
(4)对偏移后格网进行双线性内插得到不动产地物的偏移数据；
1)公式推导
①线性内插公式
如图3所示，设直线AB上两点坐标A(x1,y1)、B(x2,y2)是已知的，求 A、B两点间横轴坐标为x的C点的纵坐标y。
推导得：
②双线性内插公式
首先在y方向内插两次得到R1(x1,y)和R2(x2,y)所对应的值z5和z6，即：
再由x方向内插一次得到P(x,y)所对应的z，即：
将z5、z6代入并化简得：
2)格网内插
根据4-6格网内插公式，把z1、z2、z3、z4值作为格网四个节点的偏移量，则z值为格网内任意待求点的偏移量，x，y为格网内待脱密地物点的坐标值。为了便于观察和计算，把偏移量分为x方向偏移量和y方向的偏移量。格网内不动产地理空间数据地物的偏移量，也包括X方向的偏移量ΔX，Y方向的偏移量ΔY，其公式表达如下，根据地物的偏移量可计算获得偏移后的地物坐标，即脱敏后的不动产数据地理空间坐标，格网内插示意图如图3所示。
其中ΔX、ΔY代表格网内待脱密地物在X方向的偏移量和Y方向的偏移量， x，y为格网内待脱密地物点的坐标值，T1X、T2X、T3X、T4X是格网四个节点x 方向的随机偏移量，T1y、T2y、T3y、T4y是格网四个节点y方向的随机偏移量 (x1,y1)、(x2,y1)、(x1,y2)、(x2,y2)是格网节点做随机偏移前的坐标点。
3)脱敏后的界址点拼接形成脱敏后的不动产地理数据，不但要有房屋坐落空间化后的界址点数据，还有界址线数据和界址面数据。因此，在地物界址点脱密后，需要根据界址点数据编码和点号排序规则转换后形成的界址线数据、界址面数据。
(5)对不动产登记地理空间数据脱敏后的结果进行分析；
1)变形分析
通过对比脱密前后的不动产地理空间数据，可以发现，脱敏后不动产地理空间数据产生一定位置偏移，但整体形状未发生明显改变，界址点、界址线和界址面之间的相对位置不变，不同界址面之间的拓扑规则不变，数据的完整性、连续性较好。
2)坐标偏移量分析
比较脱密前后不动产界址点数据的坐标，发现其在X方向和Y方向都产生了位移，其位移量在可控范围内，对应地理误差符合地理空间数据保密和实际应用要求。
3)不可逆性分析
由于格网节点的偏移量是随机数组，即使知道脱密过程，也无法恢复原始数据，因此，这样的脱密过程是不可逆的。
3、有益效果
本发明的有益效果：一种基于双线性内插模型的不动产地理空间数据脱密方法采用格网分割方法处理地理空间数据，对格网点加入随机偏移量增加了脱密偏移的随机性，使数据脱密具有不可逆性，双线性内插方法的运用，保证了数据的局部细致拟合和整幅图的连续性，并且脱密后地图精度可人为控制，在图层间和图层内的数据的拓扑一致性也得到了保证，在实际应用中具有较好的应用价值。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为本发明界址点与界址线数据；
图3为本发明界址点与界址面数据；
图4为本发明格网图；
图5为本发明格网偏移图；
图6为本发明双线性内插示意图；
图7为本发明不动产地理数据脱密前后对比图；
表1基础测绘成果的各比例尺地形图平面精度要求。
具体实施方式
为使本发明的实施目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图流程图1，一种基于双线性内插模型的不动产地理空间数据脱密方法，包括如下步骤：
1、输入不动产地理空间数据，用于脱密的不动产地理数据包括不动产房屋空间化后的界址点数据、界址线数据和界址面数据，界址面数据是地籍中的宗地数据，界址线数据为宗地的边界线，界址点数据是指界址线的拐点或转角点，具体数据形式见图2和图3；
2、基于研究区域选择建立合适格网。
(1)不动产数据编码，对不动产界址面数据进行编码，即对每个图形进行分类；对界址线数据和界址面数据利用空间位置进行属性连接，进行相同分类处理，用于后期的改正后的界址点、界址线、界址面数据的属性恢复。
(2)格网建立规则设计
根据国家测绘局、国家保密局制定的《测绘管理工作国家秘密范围的规定》中的测绘管理工作可以知道，地形图的保密级别与其比例尺大小有关，但保密级别不是随着其比例尺的变化趋势而变化的。根据此保密规定我们可以知道影响不同比例尺定型图之间保密级别的因素在于地形图的精度、涉及要素和范围的不同，即地形图测制精度、地图内容详细程度和地图图幅范围的大小。根据 GB/T17278-2009《数字地形图产品基本要求》中的相关规定，基础测绘成果中各种比例尺地形图的平面精度要求如下：
表1基础测绘成果的各比例尺地形图平面精度要求
由上表可以知道，1：500∽1：2000比例尺地形图中平地、丘陵地平面精度不大于0.6mm，山地、高山地平面精度不大于0.8mm，1:500按此比例推导可知比例尺地形图的两种不同地形中平面精度分别为0.3米和0.4米，1:1000比例尺地形图对应的平面精度分别为0.6米和0.8米；而1:2000比例尺地形图在平地、丘陵地与山地、高山地中平面精度分别为1.2米和1.6米。同样可以计算出1:5000比例尺地形图的两种不同地形中平面精度分别为2.5米和3.75米。
对不动产地理空间数据进行网格划分时，既要保证数据的脱密效果，也要考虑到程序的运算效率，因此，需要对格网划分的方法进行分析，如果统一按照同一个尺寸来划分格网，便会出现大幅地形图分割过多格网导致程序运行负荷过大而降低效率，而小幅地形图分割格网过少，造成脱密过于粗糙而导致脱密不彻底、容易被校正的情况。分割原始地形图的格网节点坐标一定要做好保密，否则很容易根据各个格网的具体位置而在各个小格网内部进行解算，从而大大降低解算难度导致地形图容易被校正。因此，在进行格网划分时应首先确定，待脱密数据的比例尺，其次确定待脱密数据的覆盖范围，之后按照表1地形图平面精度要求和实际应用需求确定网格划分间隔。
(3)数据存储规则设计
在格网变形中，需要对格网及与之对应的格网点和格网内部地物进行两次数据格式设计：
1)在不动产地理空间数据分割为格网并得出格网点坐标后，需要对各格网以及与之匹配的四个格网点做好格式设计，即设计一个可以存储格网代码以及与此格网相对应的四个格网坐标点的存储格式；这个格式在格网节点坐标脱密后仍可存储脱密后的格网点坐标，并使脱密前后的两个坐标相对应，能够调用进行双线性内插脱密模型的计算。
2)每个格网内部均有不同形式的不动产数据，如界址点、界址线、界址面，这些不同性质的不动产数据属性各不相同，为了能方便提取计算，需要对点、线、面等多种不同类型的数据存储进行存储格式设计，这就需要建立若干不同的存储格式来存储集中不同类型的数据。对于界址点数据需要唯一ID号、X坐标、Y坐标、高程这三个属性,以及界址点数据的编码类型以及对应界址线和界址面中的节点的点号顺序；界址线要记录唯一ID，节点个数，以及与界址面对应的分类编码，有存储代号、界址面分类编码属性；脱密后的各不动产数据仍需要相同格式的存储结构来存储属性，便于调取写入脱密后的文档中。
(4)生成格网
按照上诉格网建立规则，综合考虑待脱密数据的区域范围和数据分布，选取一个合适的间距，建立格网如图4所示，格网中圆点代表格网四角的节点。
3、对格网内的各个节点坐标进行随机偏移，并记录偏移量，包括X方向的偏移量和Y方向的偏移量；
在格网分割的同时，需生成一组对格网节点进行移位处理的随机参数，当格网分割完成后，将随机数组中的数值加入进各个格网节点坐标进行运算，使得各个格网点进行一定程度的坐标偏移处理，四角节点的偏移量取决于待脱密地理空间数据的保密和应用要求，在满足这两个条件下，设定坐标偏移范围，在这个范围内生成随机数组对格网节点做随机偏移，相邻格网节点只偏移一次，将处理后的格网点坐标偏移量存储，并使其各偏移量与各自的格网点形成一一对应的存储关系，偏移后的格网如图5所示，图中菱形点代表偏移后的格网节点。
4、对偏移后格网进行双线性内插得到不动产界址点的偏移量数据；
(1)公式推导
1)线性内插公式
如图8所示，设直线AB上两点坐标A(x1,y1)、B(x2,y2)是 已知的，求A、B两点间横轴坐标为x的C点的纵坐标y。
推导得：
公式4-2即为线性内插公式
2)双线性内插公式
如图9所示，首先在y方向内插两次得到R1(x1,y)和R2(x2,y) 所对应的值z5和z6，即：
再由x方向内插一次得到P(x,y)所对应的z，即：
将4-3和4-4代入到4-5并化简得：
(2)格网内插
根据4-6格网内插公式，把z1、z2、z3、z4值作为格网四个节点的偏移量，则z值为格网内任意待求点的偏移量，x，y为格网内待脱密界址点的坐标值。为了便于观察和计算，把偏移量分为x方向偏移量和y方向的偏移量。格网内不动产地理空间数据界址点的偏移量，也包括X方向的偏移量ΔX，Y方向的偏移量ΔY，其公式表达如下，根据点的偏移量可计算获得偏移后的界址点坐标，即脱敏后的不动产数据地理空间坐标，格网内插示意图如图4所示。
其中ΔX、ΔY代表格网内待脱密界址点在X方向的偏移量和Y方向的偏移量， x，y为格网内待脱密界址点的坐标值，T1X、T2X、T3X、T4X是格网四个节点x 方向的随机偏移量，T1y、T2y、T3y、T4y是格网四个节点y方向的随机偏移量 (x1,y1)、(x2,y1)、(x1,y2)、(x2,y2)是格网节点做随机偏移前的坐标点。
(3)脱敏后的界址点拼接形成脱敏后的不动产地理数据，不但要有房屋坐落空间化后的界址点数据，还有界址线数据和界址面数据。因此，在地物界址点脱密后，需要根据界址点数据编码和点号排序规则转换后形成的界址线数据、界址面数据。
5、对不动产登记地理空间数据脱敏后的结果进行分析；
(1)变形分析
通过对比脱密前后的不动产地理空间数据，可以发现，脱敏后不动产地理空间数据产生一定位置偏移，但整体形状未发生明显改变，界址点、界址线和界址面之间的相对位置不变，不同界址面之间的拓扑规则不变，数据的完整性、连续性较好。
(2)坐标偏移量分析
比较脱密前后不动产界址点数据的坐标，发现其在X方向和Y方向都产生了位移，其位移量在可控范围内，对应地理误差符合地理空间数据保密和实际应用要求。
(3)不可逆性分析
由于格网节点的偏移量是随机数组，即使知道脱密过程，也无法恢复原始数据，因此，这样的脱密过程是不可逆的。
综上所述，本发明的一种基于双线性内插模型的不动产地理空间数据脱密方法，地理空间数据脱密应符合相关规范标准，采用格网分割方法处理地理空间数据，对格网点加入随机数组增加了脱密偏移的随机性，使数据脱密具有不可逆性，双线性内插方法的运用，保证了数据的局部细致拟合和整幅图的连续性，并且脱密后地图精度可人为控制，在图层间和图层内的数据的拓扑一致性也得到了保证，在实际应用中具有较好的应用价值，形成的脱密后的不动产登记数据可以实现不动产横向业务共享、互联网共享及不动产大数据分析广泛应用，有效降低了不动产登记数据的密级、保留表征不动产时空态势型基本特征，可用于城市时空特征研究，在实际应用中具有较好的应用价值。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施方式，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.根据输入的不动产房屋空间化后的界址点、界址线、界址面数据，获取数据所在的研究区域，利用研究区域的拐角点坐标，按照保密的级别以及研究区域的大小，确定格网的行列宽度，建立合适格网。
(1)不动产编码：对输入的界址点、界址线、界址面数据进行编码，首先对每个界址面进行分类，设置分类编码，然后对界址线数据和界址面数据利用空间位置进行属性连接，进行相同分类处理；
(2)格网建立规则设计：按照GB/T17278-2009《数字地形图产品基本要求》中的相关规定建立格网，基础测绘成果中各种比例尺地形图的平面精度应符合相关要求，对不动产地理空间数据进行网格划分时，既要保证数据的脱密效果，也要考虑到程序的运算效率；
(3)数据存储规则设计：设计一个可以存储格网代码以及与此格网相对应的四个格网坐标点的存储格式，在格网节点坐标脱密后仍可存储脱密后的格网点坐标，并使脱密前后的两个坐标相对应，能够调用进行双线性内插脱密模型的计算。
2.对格网内的各个节点坐标进行随机偏移，并记录偏移量，包括X方向的偏移量和Y方向的偏移量；利用双线性内插的方法，使用格网的四个节点以及随机偏移量，与每个格网内的界址点进行不动产界址点偏移量计算模型推导；对偏移后格网进行双线性内插得到不动产界址点偏移后数据。
(1)公式推导，推导出基于双线性内插的不动产界址点偏移量计算模型；
(2)格网内插，获取不动产界址点偏移后的偏移量，包括X方向的偏移量ΔX，Y方向的偏移量ΔY，根据界址点的偏移量可计算获得偏移后的界址点坐标，即脱敏后的不动产数据地理空间坐标；
(3)脱敏后的界址点拼接形成脱敏后的不动产地理数据，不但要有房屋坐落空间化后的界址点数据，还有界址线数据和界址面数据。因此，在地物界址点脱密后，需要根据界址点数据编码和点号排序规则转换后形成的界址线数据、界址面数据；
(4)根据对界址点、界址线和界址面数据通过分类编码与原始数据进行属性连接，从而进行数据的属性传递。
3.对不动产登记地理空间数据脱敏后的结果进行分析。
(1)对不动产登记地理空间数据脱敏后的结果进行变形分析；
(2)对不动产登记地理空间数据脱敏后的结果的偏移量进行坐标偏移量分析；
(3)对不动产登记地理空间数据脱敏后的结果进行不可逆性分析。
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|---|---|---|---|---|
| CN112749241A (zh) * | 2020-07-28 | 2021-05-04 | 广西华蓝岩土工程有限公司 | 一种涉密宗地图界址点大地坐标脱密处理方法 |
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