CN114244559A - 数据库中地图数据的动态加密方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种数据库中地图数据的动态加密方法及系统，该方法包括如下步骤：S1接收来用用户的地图数据获取请求，响应于所述地图数据获取请求从数据库中获取三维数字地图；S2解析获取所述地图数据获取请求中携带的用户定位坐标；S3动态生成随机加密矩阵；S4利用所述随机加密矩阵对所述三维数字地图和所述用户定位坐标进行加密以生成加密地图；S5将所述加密地图发送至所述用户关联的终端进行展示。本发明提供的方案，提高了抗反解性能，大大减少了三维数字地图的加密计算量。

Description

数据库中地图数据的动态加密方法及系统
技术领域
本发明涉及一种地图数据管理方法，尤其涉及数据库中地图数据的动态加密方法及系统。
背景技术
现有技术的矩阵加密算法主要是基于数字或明文信息进行构建，一般都有解密算法，从而一方面是无法真正实现高抗反解性。并且其加密算法短期内不会改变，如果在一定时间段内一直使用则容易造成原始地图数据破解而造成数据泄露。另一方面，针对三维空间的三维模型地图的加密，由于加密势必会延伸到三维矩阵，从而计算数据量庞大，使得用户在不同三维空间位置的数字地图请求时产生巨大的加密计算负载。然而如果考虑地图的三维属性，则认为只要将任何请求视作在二维平面上的位置的请求，则可以直接从二维角度考虑加密矩阵的构建，以获得数据加密算法的降维。在三维模型地图加密发送时，根据加密后二维平面上的坐标而平移整个三维模型自然会呈现相应的三维视觉效果。
基于此考虑，下一步亟待解决的问题就是如何设计高抗反解性的加密矩阵。一般考虑从图像处理方案中寻求加密算法，比如图像的几何变形等。但是，数字地图由于和地理位置相维系，如果能够考虑加密算法和地理位置相关，则能够在二维空间上实现随位置改变的加密结果，从而能够在不改变数字地图整体几何形貌基础上实现加密效果。现有技术有像素映射法、区域位移法、以及基于像素映射和区域位移混合方法。像素映射法、区域位移法最大特点就是运算量小，不改变几何外形(后者仅仅是顺序打乱)，但素映射法无法对二值图进行有效加密，而区域位移法本质上是通过图像分割再位移实现，依赖的变量单一，不具备高抗反解性。混合法虽然结合两者的优势，但仍然属于组合的方法，反解只是在接受的范围内的时间长短问题。
发明内容
本发明为满足不同地理位置的用户对于三维数字地图的请求，而设计一种高抗反解性的加密矩阵，主要我们考虑如下几个技术方面：第一，将请求位置视作二维平面上的请求，并引入一种基于二维坐标和其他参数多参数的随机数生成算法，从而形成M×N(M和N为一个由地图分辨率和请求区域范围而决定的大的自然数)的随机数二维矩阵；第二，对请求位置的区域性而采用网格划分，将请求面(可以是平面或其他光滑面)划分成不同的区域，并要求每个网格的边界的左右导数相同，即保证了地图几何视觉上的有随机数产生的偏移和不明显的畸变；第三，加密的方案考虑偏移矩阵的加密效果即原始地图加上加密矩阵获得产生畸变的加密地图和请求坐标的加密发送。本发明的基准平面是具有封闭边界的平面局部。封闭边界由感兴趣的区域的地理范围决定。本发明的求导的算法与数学中的求导算法区别在于，求计算极限以求导时并非是趋于零，而是趋于图像的两点像素点之间的距离。本发明的矩阵实质上是一个粗糙的曲面图像。本发明的光滑并不是严格数学意义上的光滑，而是在基于加密算法后仍然在视觉上呈现良好的区域间相对的平滑过渡。
基于上述方案，本发明提供了一种数据库中地图数据的动态加密方法，包括如下步骤：
S1接收来用用户的地图数据获取请求，响应于所述地图数据获取请求从数据库中获取三维数字地图；所述三维数字地图为未加密的原始地图数据；
S2解析获取所述地图数据获取请求中携带的用户定位坐标；
S3动态生成随机加密矩阵；其中，针对来自不同用户的地图数据获取请求所生成的随机加密矩阵不同；针对来自同一用户在不同时间周期的地图数据获取请求所生成的随机加密矩阵不同；该时间周期可以为一个小时、一天、一个星期或其他时间长度的时间周期，也可以是地图软件每次开始启动运行至结束运行的一个时间段作为一个时间周期。
S3利用所述随机加密矩阵对所述三维数字地图和所述用户定位坐标进行加密以生成加密地图；
S4将所述加密地图发送至所述用户关联的终端进行展示。
关于S3
S3具体包括：
S3-1确定城市三维数字地图对应的城市地理坐标系E；
S3-2确定过坐标系原点基准平面以及在所述基准平面上的投影完全覆盖所述基准平面的光滑面，将所述光滑面划分为至少一个区域；
S3-3设置基于地理位置坐标的多参数随机数生成算法，并基于该算法在所述至少一个区域中生成加密矩阵，使得每个区域加密矩阵的边界连续光滑。
其中，S3-3具体包括
S3-3-1设多参数随机数生成算法rand(x,y,w)∈(-1,1)，其中x，y为用户请求时，三维数字地图在光滑面上的投影在E下的地理位置坐标，w为预设参数，对于给定的w值，给定x，y则生成的随机数值相同。
优选地，所述w包括加密地理数据范围面积R，用户请求的位置对应的加密矩阵宽度W、高度H，注册用户的ID码，以及，允许偏移量sx,sy，每个区域在基准平面上投影的平均长
Figure BDA0003346017420000021
平均宽
Figure BDA0003346017420000022
和投影中的预设坐标Xo和Yo，两组参数中的各组中至少一个参数的线性和/或非线性组合
Figure BDA0003346017420000023
g＝1,2,3分别表示线性、非线性、以及线性和非线性混合组合方式，st是状态指标，表示存在该参数时为空，st＝0表示不存在该参数，分别简写为C1，C2和C3其中，sx,sy满足
Figure BDA0003346017420000024
r为三维数字地图的空间分辨率，k与区域划分的个数成负相关k＝NC(num)，num为划分区域个数，k∈[1,K],K＞＞1，且划分区域个数为1时k＝K，划分的个数使得每个区域在基准平面上投影的平均面积为qr2，q∈(1,2]时k＝1。
可以理解的是，加密地理数据范围面积R由用户请求时自定义的三维数字地图的范围大小，可以是完整的三维数字地图，也可以是部分。用户请求的位置对应的加密矩阵所在的区域是涵盖了至少一个所划分的区域，由用户自定义其范围，属于用户针对加密地理数据范围内感兴趣的区域(ROI)。用户请求时实际所在的坐标位置可以在加密矩阵所在的区域(比如在用户附近)或不在加密矩阵所在的区域。所述平均面积是光滑面在基准平面上投影面积除以划分区域个数。
得到w之后，规定计算多个区域中的每个区域的每条边界上p个点的导数的平均值为
Figure BDA0003346017420000025
Figure BDA0003346017420000026
i＝1,2,3,4，p∈[1,+∞)，其中xj→x和yj→y定义为每条边界上的点xj,yj分别以X和Y轴的双方向上趋向到达x,y相邻的一个像素点。
其中，在多个区域在所述基准平面的的投影应对的城市边界上的点的导数计算则以存在的X和Y方向导数计算。譬如如果城市边界为矩形的边，则对于划分的区域是位于矩形的角部的子矩形时，对应的角的顶点处存在两条边界，则该角的顶点处的导数分别以存在的X和Y方向导数而计算。对于城市边界的角部是非矩形角部时，则将该边界长度中点为界分为两条边界看待而计算存在的X和Y方向导数，此时角部子区域仍然最多为八个
Figure BDA0003346017420000027
和
Figure BDA0003346017420000028
参数。
S3-3-2选定Cg和NC，不断改变sx、sy、
Figure BDA0003346017420000029
Xo、Yo，获得k值kD以使得在所述多个区域中的边界b上
Figure BDA00033460174200000210
Figure BDA0003346017420000031
都存在，且|sx+kD·rand(x,y,w)|(x,y)∈R|∈(2|r|，2kD|r|],|sy+kD·rand(x,y,w)|(x,y)∈R|∈(2|r|，2kD|r|]，从而得到中间值wproc，再计算多个区域中的每个区域的每条边界上p个点的导数的平均值
Figure BDA0003346017420000032
Figure BDA0003346017420000033
i＝1,2,3,4，p∈[1,+∞)，bj为边界b上的点，且j＝1,2,…,p，wproc＝Cgproc；
S3-3-3计算sx、sy、
Figure BDA0003346017420000034
Xo、Yo以及所有划分区域的
Figure BDA0003346017420000035
和
Figure BDA0003346017420000036
的组合
Figure BDA0003346017420000037
g＝1,2,3,G＝11,22,33，形成加密矩阵JM＝kD·rand(x,y,wD)，其中
Figure BDA0003346017420000038
同样为线性和/或非线性组合，G＝11,22,33分别表示线性、非线性、以及线性和非线性混合组合方式，分别简写为
Figure BDA0003346017420000039
和
Figure BDA00033460174200000310
且
Figure BDA00033460174200000311
应当理解的是，在计算上述极限或极限求和时其中的坐标值x和y是处于分区边界b上的点的坐标值，而不一定就是用户请求时刻所在位置。而加密矩阵中的坐标值x和y则根据多参数随机数生成算法定义表示的是用户请求时刻所在位置。
Figure BDA00033460174200000312
实际共有八倍的划分区域数个参数参与组合，为了使得撰写简洁，在此不再以额外的角标来表示不同的划分区域的导数平均值。
可以理解的是，一方面，光滑面,sx,sy,Xo,Yo,C1,C2,C3,
Figure BDA00033460174200000313
p,
Figure BDA00033460174200000314
这些参数的修改都会引起w不同；另一方面，在偏移约束、边界约束和R域约束条件下，由于
Figure BDA00033460174200000315
改变，k也随之成负相关改变，因此，这两方面因素引起加密矩阵JM随w和k联合变化，加强了加密矩阵JM的破解难度。k的改变也意味着sx、sy取值范围由此改变。其中，负相关函数NC是独立变量，而Xo、Yo为独立变量，加密矩阵宽度Wid、高度H为用户请求变量，城市A的矩形范围面积R为用户预设的量，p∈[1,+∞)为独立变量，而
Figure BDA00033460174200000316
和
Figure BDA00033460174200000317
随p改变，所选的光滑面也是独立变量，rand(x,y,w)本身函数形式不同时，计算结果也不同，因此rand(x,y,w)本身属于独立变量，组合w＝Cg,g＝1,2,3和
Figure BDA00033460174200000318
G＝11，22，33分别都是三个独立变量。
因此对于给定的R、W、H和ID码，方法中独立变量集
Figure BDA00033460174200000319
实际有16个独立变量，反解密码需要的变量集
Figure BDA00033460174200000320
有20个变量，而考虑
Figure BDA00033460174200000321
和
Figure BDA00033460174200000322
则加密矩阵的构建需要获知的所有参数集
Figure BDA00033460174200000323
有20+8mun个参数。加密矩阵生成依赖于最多20+8mun个参数，任何一个参数的调整都会引起加密矩阵的随机加密值变化，加密矩阵具有相当的高抗反解性。
加密矩阵可以通过参数调整，从而控制加密矩阵的细节变化，确保加密矩阵具有相当丰富细节变化。当区域划分得越细，其内部的光滑程度是否满足就越显得不重要，因为一方面，当划分得越细，内部尺寸越接近分辨率，则越不能从视觉上感受到畸变；另一方面，划分得越细，边界越多，从而畸变越取决于边界上是否光滑。而且此时由于k接近1而rand(x,y,w)绝对值小于1，从而整体上保证内部偏移始终可能在分辨率以下，因此光滑程度不受大影响。如果随着划分数减少，也可能出现内部偏移较大，但此时由于区域面积范围较大，从而视觉上认为偏移和畸变可能仍然是合理的。但是，此时如果视觉上认为不合理，还可以在第二级加密过程中选择合适的sx、sy来调节偏移量。
而当划分得越粗，由于内部区域本身由光滑面所保证光滑，因此即便内部一级加密后产生的k倍rand(x,y,w)偏移以及二级加密后产生在
Figure BDA0003346017420000041
倍的分辨率内的偏移，由于负相关，此时虽然k很大而rand(x,y,w)绝对值小于1，加密矩阵也可能很大，但在二级加密时仍然可以选择小的偏移(即根据sx、sy选择)从而整体上保证光滑程度不受大的影响，而此时边界上只要保证光滑就能认为加密矩阵也光滑了。
因此综上，本发明仅选择计算重要的边界上的X和Y上的方向导数，如果存在就认为光滑了或在第二级加密过程中选择合适的sx、sy来调节偏移量获得满意的光滑程度，大大降低了计算量。
需要强调的是，如果rand(x,y,w)随机出来的数很小(当然其概率也是较小的)，区域内部光滑程度更不受影响。虽然此时也可能使得一级加密偏移量小于分辨率，或者加密矩阵仍然可能比较大，也仍然可以在二级加密过程中选择合适的sx、sy保证数字地图像能够产生适当的偏移和畸变。
关于S4
S4具体包括：
S4-1利用所述随机加密矩阵对所述三维数字地图以及所述用户定位坐标在基准平面或光滑面的投影进行加密形成一级加密数据，并形成偏移矩阵；
S4-2利用偏移矩阵对所述一级加密数据进行二级加密后生成二级加密地图，作为所述加密地图。
S4-1具体包括：
S4-1-1对三维数字地图以及用户的定位坐标在基准平面或光滑面的投影进行加密
Figure BDA0003346017420000042
S4-1-2将
Figure BDA0003346017420000043
和
Figure BDA0003346017420000044
进行叠加，获得一级加密数据
Figure BDA0003346017420000045
，则偏移矩阵
Figure BDA0003346017420000046
并且此时坐标系E变为E(1)；
应当理解的是，此时对于光滑面也进行了一级加密，形成了一级加密光滑面。
S4-1-3将加密前的三维数字地图连同坐标系E一起平移使得E与E(1)重合并删除光滑面上的数据，形成一级加密三维数字地图M1。
S4-2具体包括：
S4-2-1利用偏移矩阵Ms对所述一级加密数据J1进行二级加密后生成二级加密数据
Figure BDA0003346017420000051
，并且此时坐标系E变为E(2)；
应当理解的是，此时对于一级加密的光滑面也进行了二级加密，形成了二级加密光滑面。当一级加密产生不理想的偏移量时，在二级加密过程中仍然可以通过调整sx、sy(从而JM也跟着变化)保证数字地图像能够产生适当的偏移和畸变。
S4-2-2将一级加密三维数字地图M1连同坐标系E(1)一起平移使得坐标系E(1)与E(2)重合并删除一级加密光滑面上的数据，形成二级加密三维数字地图M2；
S4-2-3预设附加码A∈(0,1)，计算E(2)与E(1)在E下的坐标原点之间连线段的长度L，在连线段上将二级加密三维数字地图M2连同坐标系E(2)一起平移距离AL以使得E(2)坐标原点靠近E(1)的坐标原点，得到最终加密三维数字地图Mf；
S4-2-4若M1、M2、Mf、Mf中用户请求的位置对应的加密矩阵区域中存在偏移量在预设的范围内时，则将其中至少一者返回至用户进行展示，若全部不在预设的范围内时则重复进行加密步骤直到获得的M1、M2、Mf、Mf中用户请求的位置对应的加密矩阵区域中至少一者偏移量满足预设的范围内，而后选择该至少一者中的至少一者形成加密地图，以返回至用户进行展示。
引入附加码A∈(0,1)后，方法中独立变量集变为
Figure BDA0003346017420000052
实际有17个独立变量，反解密码需要的变量集变为
Figure BDA0003346017420000053
有21个变量，而考虑
Figure BDA0003346017420000054
和
Figure BDA0003346017420000055
则加密矩阵的构建需要获知的所有参数集变为
Figure BDA0003346017420000056
有21+8mun个参数。
可以理解的是，附加码的也是偏移量的另一种调节方式。
优先地，在返回之前还对最终加密三维数字地图Mf三级加密。具体包括：
S4-2-4-1选择Mf中感兴趣的道路路径，预设拍摄高度h，将模拟相机设置在所述路径的起点处高度为h的位置；优选地，所述道路路径为Mf中具有宽度w1的道路中心线。可选地，所述道路路径可以替换为飞行路径。
S4-2-4-2移动所述模拟相机按照所述道路路径从起点走向终点，完成视频流的录制。可选地，当选择飞行路径时能够按照任意的空间曲线路径完成模拟航拍的视频流。优选地的，所述移动的速度为按照Mod3D模型的比例尺折算到现实场景下的0.1-33.33m/s所述视频流的帧率为15-100FPS。
S4-2-4-3将视频流按照预设时间步长分成多段视频分流，并通过随机选择算法选择出所述多段视频分流中每一段中至少一帧第一图像；
S4-2-4-4将所述至少一帧第一图像融合成一张帧融合图像作为加密图以加密Mf。
在返回之后，用户使用移动终端中安装的专业查看软件查看加密图加密的Mf，并当用户试图读取加密图加密的Mf的源数据时，专业查看软件会弹出对话框要求输入加密图以完成读取。
本发明还提供一种实现上述方法的基于用户请求的多参数调节加密矩阵的定位地图数据加密发送系统，其特征在于，包括：服务器和客户端，所述服务器用于确定城市地理坐标系E，制作城市三维数字地图，并确定过坐标系原点基准平面以及在所述基准平面上的投影完全覆盖所述基准平面的光滑面，将所述光滑面划分为多个区域；还根据用户的请求设置基于地理位置坐标的多参数随机数生成算法，完成加密地图的制作而返回用户；所述客户端能够接受服务器发来的加密地图并使用客户端上安装的专业查看软件查看所述加密地图。
优选地，所述客户端为智能移动终端，包括智能手机，平板电脑，笔记本电脑等。
本发明还提供一种非暂时性存储介质，其中存储有可由服务器和客户端运行而实现前述基于用户请求的多参数调节加密矩阵的定位地图数据加密发送方法的计算机可读程序。
有益效果
1.利用本发明的特有的归一化随机算法rand(x,y,w)∈(-1,1)，实现了在偏移约束、边界约束和R域约束条件下17个独立变量、最多21+8mun个参数的加密调节参数，从而提高了抗反解性能；
2.考虑基于光滑面上的数据加密，大大减少了三维数字地图的加密计算量；
3.将光滑面进一步区域划分，仅在形成的边界上进行X和Y向的少量导数计算，从而进一步减少了计算量，同时也增加了归一化随机算法的参数个数，进一步提高了抗反解性能。
附图说明
图1示出了本发明实施例的数据库中地图数据的动态加密方法流程示意图；
图2a令kD＝1801时城市A加密矩阵图局部，
图2b在Matlab中俯视加密矩阵图局部(128*128)，
图3一级和二级加密以及利用附加码A＝0.6获得最终加密三维数字地图Mf的过程图，其中的JM和Ms加密箭头方向仅仅示意流程方向，而不一定示意同一偏移方向，而0.6L则示意反向偏移，
图4采用北京地理范围光滑面上加密矩阵大小(512*630)的加密效果图，其中红线为加密后的效果图，黑色线为原始数据图，
图5a和5b分别为加密数据与原始数据局部对比细节之一和加密数据与原始数据局部对比细节之二，
图5c准备使用智能手机中安装的专业查看软件查看基于加密图加密的Mf所录制的视频流的示意图，
图5d用户试图读取基于加密图加密的Mf所录制的视频流的源数据m时，专业查看软件会弹出对话框要求输入加密图的示意图。
具体实施方式
实施例1
一种数据库中地图数据的动态加密方法，包括如下步骤：
S1接收来用用户的地图数据获取请求，响应于所述地图数据获取请求从数据库中获取三维数字地图；所述三维数字地图为未加密的原始地图数据。用户可基于任一与其关联的终端发送地图数据获取请求，用于请求获取地图数据。例如，当用户打开指定地图软件或程序后，可自动向服务端发送地图数据获取请求。
S2解析获取所述地图数据获取请求中携带的用户定位坐标；利用GPS定位系统获取用户关联的终端对应的地理位置坐标作为用户定位坐标。
S3动态生成随机加密矩阵。其中，针对来自不同用户的地图数据获取请求所生成的随机加密矩阵不同，针对来自同一用户在不同时间周期的地图数据获取请求所生成的随机加密矩阵不同。
S4利用所述随机加密矩阵对所述三维数字地图和所述用户定位坐标进行加密以生成加密地图；
S5将所述加密地图发送至所述用户关联的终端进行展示。本实施例中，在用户与服务端单次会话期间可以采用相同的加密矩阵，例如在同一用户在一定时间内(如10分钟或者是半个小时等时间段)向服务端请求数据地图时，服务端可以采用相同的加密矩阵对三维数字地图进行加密。超过一定时间则需要更换加密矩阵。而针对不同用户所采用的加密矩阵不同。
实施例2
在执行上述步骤S1之前，还可以先制作城市三维数字地图，具体过程可以如下：
S1-1采集城市倾斜摄影数据。城市倾斜摄影数据可以利用倾斜摄像机搭载无人机等作为飞行平台进行采集，应用倾斜摄影技术，可同时获得同一位置多个不同角度的、具有高分辨率的影像，采集丰富的地物侧面纹理及位置信息，其中，同一特定地物可以在不同曝光点的多个不同角度影像上成像，在采集城市倾斜影像数据时，需同时获取平面位置、航高、大地高、飞行姿态以及平面位置等数据。
S1-2对所述倾斜摄影数据进行预处理，得到对应于城市三维模型的城市三维数字地图。
在采集到城市倾斜摄影数据后，可对倾斜摄影数据进行预处理，其中，预处理具体可以包括利用采集的原始倾斜摄影数据生成曝光点数据、原始POS数据、初始相机文件等等，并进一步数据进行分析整理，执行倾斜影像区域网联合平差、点云密集匹配、不规则三角网构建、纹理映射及三维建模等处理操作，通过游戏引擎或三维GIS渲染出三维渲染模型Mod3D，本实施例中的三维数字地图可以是由三维瓦片数据集所构建形成。
实施例3
S3动态生成随机加密矩阵具体包括：S3-1确定城市三维数字地图对应的城市地理坐标系E；
S3-2确定过坐标系原点基准平面以及在所述基准平面上的投影完全覆盖所述基准平面的光滑面，将所述光滑面划分为至少一个区域；S3-3设置基于地理位置坐标的多参数随机数生成算法，并基于该算法在所述至少一个区域中生成加密矩阵，使得每个区域加密矩阵的边界连续光滑。
继续实施例2以实施本实施例，其中，S3-3具体包括：S3-3-1设多参数随机数生成算法rand(x,y,w)∈(-1,1)，其中x，y为某一时刻用户在如图4中一点的请求时，实施例2制作的三维数字地图在光滑面上的投影在E下的地理位置坐标，w为预设参数，且该随机数与x，y，w相关，对于给定的w值，给定x，y则生成的随机数值相同。
城市A的矩形范围面积R，用户请求的位置对应的如图4中的现实的宽度W、高度H作为加密矩阵宽度W、高度H，允许偏移量sx,sy都为2m，假如每个区域在光滑面上投影的平均长也是120m平均宽也是120m，以及投影中的预设坐标Xo和Yo为每个区域的几何中心向X正北方向偏移一个或多个分辨率2m的距离，注册用户的ID码为000000001。所述w为上述10个数据的算术和，其中，sx,sy满足
Figure BDA0003346017420000071
当取k＝1801时，
Figure BDA0003346017420000072
获得w，规定计算多个区域中的每个区域的每条边界上3个点(边界端点和中点)的导数的平均值为
Figure BDA0003346017420000073
Figure BDA0003346017420000074
i＝1,2,3,4；
S3-3-2选定算术和组合方式以及
Figure BDA0003346017420000075
不断改变sx、sy、
Figure BDA0003346017420000076
Xo、Yo，获得k值
Figure BDA0003346017420000077
munD为根据R以及
Figure BDA0003346017420000078
而确定的划分区域数(
Figure BDA0003346017420000079
[]表示取整)，以使得在所述多个区域中的边界b上
Figure BDA00033460174200000710
Figure BDA00033460174200000711
都存在，且
Figure BDA00033460174200000712
，从而得到中间wproc值，再计算多个区域中的每个区域的每条边界上3个点(边界两个端点和边界中点)的导数的平均值
Figure BDA0003346017420000081
Figure BDA0003346017420000082
，i＝1,2,3,4，
S3-3-3计算sx、sy、
Figure BDA0003346017420000083
Xo、Yo以及所有划分区域的
Figure BDA0003346017420000084
和
Figure BDA0003346017420000085
的算术和wD，形成加密矩阵
Figure BDA0003346017420000086
通过上述算法获得如图2a为城市A选择区域R中在Matlab中三维加密矩阵图局部(令kD＝1801时)，其中α为基准平面也即所选的光滑面一个区域片段。图2b为在Matlab中俯视加密矩阵图(128*128)。
实施例4
继续实施例3，S4具体包括S4-1利用所述随机加密矩阵对所述三维数字地图以及所述用户定位坐标在基准平面或光滑面的投影进行加密形成一级加密数据，并形成偏移矩阵；S4-2利用偏移矩阵对所述一级加密数据进行二级加密后生成二级加密地图，作为所述加密地图。其中，本实施例S4-1具体包括：
S3-1-1对实施例2制作的三维数字地图以及用户的定位坐标(xap,yap)在光滑面的投影，即基准平面本身进行加密
Figure BDA0003346017420000087
S4-1-2将
Figure BDA0003346017420000088
和
Figure BDA0003346017420000089
进行叠加，获得一级加密数据
Figure BDA00033460174200000810
，则偏移矩阵
Figure BDA0003346017420000091
并且此时坐标系E变为E(1)；
S4-1-3如图3将加密前的三维数字地图(以黑色方框表示)连同坐标系E一起平移使得E与E(1)重合并删除一级加密光滑面上的数据，形成一级加密三维数字地图M1。
S4-2具体包括：
S4-2-1利用偏移矩阵Ms对所述一级加密数据J1进行二级加密后生成二级加密数据
Figure BDA0003346017420000092
，并且此时坐标系E变为E(2)；
S4-2-2如图3所示，将一级加密三维数字地图M1连同坐标系E(1)一起平移使得坐标系E(1)与E(2)重合并删除二级光滑面上的数据，形成二级加密三维数字地图M2；
S4-2-3如图3所示预设附加码A＝0.6，计算E(2)与E(1)在E下的坐标原点之间连线段的长度L，在连线段上将二级加密三维数字地图M2连同坐标系E(2)一起平移距离0.6L以使得E(2)坐标原点靠近E(1)的坐标原点，得到最终加密三维数字地图Mf；
S4-2-4图4为根据本实施例得到的采用北京地理范围，加密矩阵大小(512*630)的加密效果图。图5a和5b为图4局部的加密数据与原始数据对比细节展示。可见加密数据与原始数据两者只是位置产生偏移而几何外形的视觉畸变很小，满足偏移量要求，而将Mf返回至用户进行展示。
实施例5
优先地，在返回之前还对最终加密三维数字地图Mf三级加密。具体包括：
S4-2-4-1选择Mf中感兴趣的道路路径，预设拍摄高度1m，将模拟相机设置在所述路径的起点处高度为h的位置；所述道路路径为Mf中具有宽度w1(如图2)的道路中心线。
S4-2-4-2移动所述模拟相机按照所述道路路径从起点走向终点，完成视频流的录制。可选地，当选择飞行路径时能够按照任意的空间曲线路径完成模拟航拍的视频流。优选地的，所述移动的速度为按照Mod3D模型的比例尺折算到现实场景下的10m/s所述视频流的帧率为60FPS。
S4-2-4-3将视频流按照预设时间步长分成多段视频分流，并通过随机选择算法选择出所述多段视频分流中每一段中至少一帧第一图像；
S4-2-4-4将所述至少一帧第一图像融合成一张帧融合图像作为加密图以加密Mf。
在返回之后，用户准备使用智能手机中安装的专业查看软件查看基于加密图加密的Mf所录制的视频流(如图5c)，按下三角形播放按钮即可播放视频。并当用户试图读取基于加密图加密的Mf所录制的视频流的源数据m时，如图5d专业查看软件会弹出对话框要求输入加密图以完成读取。
本发明实施例还提供了一种实现如上述任一实施例的数据库中地图数据的动态加密系统，该系统包括：服务器和客户端，所述服务器用于接收来用用户的地图数据获取请求，响应于所述地图数据获取请求从数据库中获取三维数字地图；所述三维数字地图为未加密的原始地图数据；解析获取所述地图数据获取请求中携带的用户定位坐标；动态生成随机加密矩阵；利用所述随机加密矩阵对所述三维数字地图和所述用户定位坐标进行加密以生成加密地图；将所述加密地图发送至所述用户关联的终端进行展示。其中，所述客户端为智能移动终端，包括智能手机，平板电脑，笔记本电脑。
本发明实施例还提供了一种非暂时性存储介质，其中存储有可由服务器和客户端运行而实现如上述任一实施例的数据库中地图数据的动态加密方法的计算机可读程序。

Claims (11)

1.一种数据库中地图数据的动态加密方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1接收来用用户的地图数据获取请求，响应于所述地图数据获取请求从数据库中获取三维数字地图；所述三维数字地图为未加密的原始地图数据；
S2解析获取所述地图数据获取请求中携带的用户定位坐标；
S3动态生成随机加密矩阵；其中，针对来自不同用户的地图数据获取请求所生成的随机加密矩阵不同；针对来自同一用户在不同时间周期的地图数据获取请求所生成的随机加密矩阵不同；
S4利用所述随机加密矩阵对所述三维数字地图和所述用户定位坐标进行加密以生成加密地图；
S5将所述加密地图发送至所述用户关联的终端进行展示。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S3具体包括：
S3-1确定城市三维数字地图对应的城市地理坐标系E；
S3-2确定过坐标系原点基准平面以及在所述基准平面上的投影完全覆盖所述基准平面的光滑面，将所述光滑面划分为至少一个区域；
S3-3设置基于地理位置坐标的多参数随机数生成算法，并基于该算法在所述至少一个区域中生成加密矩阵，使得每个区域加密矩阵的边界连续光滑。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S4具体包括：
S4-1利用所述随机加密矩阵对所述三维数字地图以及所述用户定位坐标在基准平面或光滑面的投影进行加密形成一级加密数据，并形成偏移矩阵；
S4-2利用偏移矩阵对所述一级加密数据进行二级加密后生成二级加密地图，作为所述加密地图。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S3-3具体包括：
S3-3-1设多参数随机数生成算法rand(x,y,w)∈(-1,1)，其中x，y为用户请求时，三维数字地图在光滑面上的投影在E下的地理位置坐标，w为预设参数，对于给定的w值，给定x，y则生成的随机数值相同，其中，
所述w包括加密地理数据范围面积R，用户请求的位置对应的加密矩阵宽度W、高度H，注册用户的ID码，以及，允许偏移量sx,sy，每个区域在基准平面上投影的平均长
Figure FDA0003346017410000011
平均宽
Figure FDA0003346017410000012
和投影中的预设坐标Xo和Yo，两组参数中的各组中至少一个参数的线性和/或非线性组合
Figure FDA0003346017410000013
分别表示线性、非线性、以及线性和非线性混合组合方式，st是状态指标，表示存在该参数时为空，st＝0表示不存在该参数，分别简写为C1，C2和C3其中，sx,sy满足
Figure FDA0003346017410000014
r为三维数字地图的空间分辨率，k与区域划分的个数成负相关k＝NC(num)，num为划分区域个数，k∈[1,K],K＞＞1，且划分区域个数为1时k＝K，划分的个数使得每个区域在基准平面上投影的平均面积为qr2，q∈(1,2]时k＝1；
得到w之后，规定计算多个区域中的每个区域的每条边界上p个点的导数的平均值为
Figure FDA0003346017410000015
Figure FDA0003346017410000021
i＝1,2,3,4，p∈[1,+∞)，其中xj→x和yj→y定义为每条边界上的点xj,yj分别以X和Y轴的双方向上趋向到达x,y相邻的一个像素点；
S3-3-2选定Cg和NC，不断改变sx、sy、
Figure FDA0003346017410000022
Xo、Yo，获得k值kD以使得在所述多个区域中的边界b上
Figure FDA0003346017410000023
Figure FDA0003346017410000024
都存在，且|sx+kD·rand(x,y,w)|(x,y)∈R|∈(2|r|，2kD|r|],|sy+kD·rand(x,y,w)|(x,y)∈R|∈(2|r|，2kD|r|]，从而得到中间值wproc，再计算多个区域中的每个区域的每条边界上p个点的导数的平均值
Figure FDA0003346017410000025
Figure FDA0003346017410000026
i＝1,2,3,4，p∈[1,+∞)，bj为边界b上的点，且j＝1,2,…,p，wproc＝Cgproc；
S3-3-3计算sx、sy、
Figure FDA0003346017410000027
Xo、Yo以及所有划分区域的
Figure FDA0003346017410000028
和
Figure FDA0003346017410000029
组合
Figure FDA00033460174100000210
，形成加密矩阵JM＝kD·rand(x,y,wD)，其中
Figure FDA00033460174100000211
同样为线性和/或非线性组合，G＝11,22,33分别表示线性、非线性、以及线性和非线性混合组合方式，分别简写为
Figure FDA00033460174100000212
和
Figure FDA00033460174100000213
且
Figure FDA00033460174100000214
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，S4-1具体包括：
S4-1-1对三维数字地图以及用户的定位坐标在基准平面或光滑面的投影进行加密
Figure FDA0003346017410000031
S4-1-2将
Figure FDA0003346017410000032
和
Figure FDA0003346017410000033
进行叠加，获得一级加密数据
Figure FDA0003346017410000034
，则偏移矩阵
Figure FDA0003346017410000035
并且此时坐标系E变为E(1)；
S4-1-3将加密前的三维数字地图连同坐标系E一起平移使得E与E(1)重合并删除光滑面上的数据，形成一级加密三维数字地图M1。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，S4-2具体包括：
S4-2-1利用偏移矩阵Ms对所述一级加密数据J1进行二级加密后生成二级加密数据
Figure FDA0003346017410000036
,
并且此时坐标系E变为E(2)；
S4-2-2将一级加密三维数字地图M1连同坐标系E(1)一起平移使得坐标系E(1)与E(2)重合并删除一级加密光滑面上的数据，形成二级加密三维数字地图M2；
S4-2-3预设附加码A∈(0,1)，计算E(2)与E(1)在E下的坐标原点之间连线段的长度L，在连线段上将二级加密三维数字地图M2连同坐标系E(2)一起平移距离AL以使得E(2)坐标原点靠近E(1)的坐标原点，得到最终加密三维数字地图Mf；
S4-2-4若M1、M2、Mf、Mf中用户请求的位置对应的加密矩阵区域中存在偏移量在预设的范围内时，则将其中至少一者返回至用户进行展示，若全部不在预设的范围内时则重复进行加密步骤直到获得的M1、M2、Mf、Mf中用户请求的位置对应的加密矩阵区域中至少一者偏移量满足预设的范围内，而后选择该至少一者中的至少一者形成所述加密地图。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在返回之前还对最终加密三维数字地图Mf三级加密，具体包括：
S4-2-4-1选择Mf中感兴趣的道路路径，预设拍摄高度h，将模拟相机设置在所述路径的起点处高度为h的位置；优选地，所述道路路径为Mf中具有宽度w1的道路中心线；可选地，所述道路路径可以替换为飞行路径；
S4-2-4-2移动所述模拟相机按照所述道路路径从起点走向终点，完成视频流的录制；可选地，当选择飞行路径时能够按照任意的空间曲线路径完成模拟航拍的视频流。优选地的，所述移动的速度为按照Mod3D模型的比例尺折算到现实场景下的0.1-33.33m/s所述视频流的帧率为15-100FPS；
S4-2-4-3将视频流按照预设时间步长分成多段视频分流，并通过随机选择算法选择出所述多段视频分流中每一段中至少一帧第一图像；
S4-2-4-4将所述至少一帧第一图像融合成一张帧融合图像作为加密图以加密Mf。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在返回之后，用户使用移动终端中安装的专业查看软件查看加密图加密的Mf，并当用户试图读取加密图加密的Mf的源数据时，专业查看软件会弹出对话框要求输入加密图以完成读取。
9.一种实现如权利要求1-8中任一项方法的数据库中地图数据的动态加密系统，其特征在于，包括：服务器和客户端，所述服务器用于接收来用用户的地图数据获取请求，响应于所述地图数据获取请求从数据库中获取三维数字地图；所述三维数字地图为未加密的原始地图数据；解析获取所述地图数据获取请求中携带的用户定位坐标；动态生成随机加密矩阵；利用所述随机加密矩阵对所述三维数字地图和所述用户定位坐标进行加密以生成加密地图；将所述加密地图发送至所述用户关联的终端进行展示。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述客户端为智能移动终端，包括智能手机，平板电脑，笔记本电脑。
11.一种非暂时性存储介质，其中存储有可由服务器和客户端运行而实现如权利要求1-8中任一项数据库中地图数据的动态加密方法的计算机可读程序。
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