CN114390429A - 基于用户请求的多参数动态调节加密矩阵的定位地图数据加密发送方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于用户请求的多参数动态调节加密矩阵的定位地图数据加密发送方法及系统，该方法包括：确定城市三维数字地图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并划分为多个区域；设置多参数动态随机数生成算法，并基于该算法生成加密矩阵；利用加密矩阵对三维数字地图以及用户的定位坐标在基准平面的投影进行加密形成一级加密数据，并形成偏移矩阵；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返回用户进行展示。本发明提供的方案同时考虑基于光滑面上的数据加密，将光滑面进一步区域划份，仅在形成的边界上进行X和Y向的少量导数计算，大大减少了三维数字地图的加密计算量。

Description

基于用户请求的多参数动态调节加密矩阵的定位地图数据加 密发送方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种加密矩阵价目地图数据的加密方法，尤其涉及基于用户请求的多参数动态调节加密矩阵的定位地图数据加密发送方法及其系统。

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。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。

然而数字地图又是和时间联系的，用户在图图上某一空间位置也并非固定，因此如果能够让时间参数加入加密算法，则能够使得即便是同一位置用户，由于申请时间无法确定，因而即便破解者从空间位置着手也因为无法获知准确的用户申请时间，从而无法破解密钥。更何况对于同一用户，可能在多个时间点上申请了多次数字地图请求展示，例如运动中的用户，比如开车时，因此更加无法获知运动期间哪一个时间点上进行了申请，势必会进一步提高破解难度。现有技术也并未针对时间参量如何加入地图加密算法进行很好的设计。

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，本发明提供了一种基于用户请求的多参数动态调节加密矩阵的定位地图数据加密发送方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1确定城市三维数字地图的城市地理坐标系E，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；

S2根据用户的请求，设置基于地理位置坐标和请求时间τ的多参数动态随机数生成算法，并基于该算法在所述多个区域中生成加密矩阵，使得在τ时刻每个区域加密矩阵的边界连续光滑；

S3根据用户的请求而利用加密矩阵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形成一级加密数据，并形成偏移矩阵；

S4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返回用户进行展示。

关于S1

S1具体包括：

S1-1采集城市倾斜摄影数据；

S1-2对所述倾斜摄影数据进行预处理，得到对应于城市倾斜摄影模型的城市三维数字地图；

可选地，所述S1-2中能够通过游戏引擎和三维GIS渲染出三维渲染模型Mod_3D。

S1-3确定城市三维数字地图的的城市地理坐标系E，选择面XOY为基准平面，其边界为城市边界，并且经过O点形成在基准平面的投影完全覆盖所述基准平面的光滑面，且所述光滑面中取极大值和极小值的对应点的切平面与所述基准平面均平行，优选地，所述光滑面为所述基准平面。XOY平面代表地面。

S1-4将所述光滑面划分为多个区域，多个区域在所述基准平面的投影是以O点为起始点，以平行于 X轴和Y轴的直线将所述投影划分形成的多个对应的投影区域，优选地，所述多个对应的投影区域均为矩形。

可以理解的是，多区域的划分相当于利用平行于X轴和Y轴的直线向所述基准平面的投影方向运动切割所述光滑面，并在所述基准平面上留下多个对应的投影区域的边界。对于区域投影存在非直角边的，定义该边的长合宽都为该非直角边的一半长度。

关于S2

S2具体包括：

S2-1设W(τ)＝r(τ)·w(τ)，多参数动态随机数生成算法 rand[x(τ),y(τ),W(τ)]＝rand[x(τ),y(τ),r(τ)·w(τ)]∈(-1,1)，其中x(τ),y(τ)为用户在时刻τ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(τ)为预设参数，对于给定时刻τ，给定w(τ)值，以及x(τ),y(τ)，则生成的随机数值相同，r(τ)为跟随时刻τ改变的随机数生成函数，且r(τ)∈(-1,1)，τ表示为Y.MRHMS形式的小数，其中，Y为年份数，M为以两位数表示的月份数，R 为两位数表示的日数，HMS分别为当天里两位数表示小时数、分钟数、秒数。比如2021年1月1日0时 0分1秒则τ表示为2021.0101000001。

优选地，所述w(τ)包括加密地理数据范围面积R(τ)，用户请求的位置对应的加密矩阵宽度Wid(τ)、高度H(τ)，注册用户的ID码中，以及，允许偏移量s_x(τ),s_y(τ)，每个区域在基准平面上投影的平均长

平均宽

以及投影中的预设坐标X₀(τ)和Y₀(τ)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

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C₁(τ)，C₂(τ)和C₃(τ)，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，其中，s_x(τ),s_y(τ)满足

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(τ)]，num(τ)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(τ)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(τ)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

p∈[1,+∞)，其中x_j(τ)→x(τ)和y_j(τ)→y(τ)定义为每条边界上的点x_j(τ),y_j(τ) 分别以X和Y轴的双方向上趋向到达x(τ),y(τ)相邻的一个像素点。

其中，在多个区域在所述基准平面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，此时角部子区域在τ时刻仍然最多为八个

和

参数。

S2-2在τ时刻，选定C_g(τ)和NC，不断改变s_x(τ)、s_y(τ)、

Xo(τ)、Y_o(τ)，获得k 值k_D＝NC[num_D(τ)]以使得在所述多个区域中的边界b上

都存在，且

从而得到中间值W_proc(τ)，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

p∈[1,+∞)，b_j为边界b上的点，且j＝1,2,…,p， W_proc(τ)＝r(τ)·w_proc(τ)＝r(τ)·C_{g proc}(τ)；

S2-3计算s_x、s_y、

X_o、Y_o、τ、请求时用户的定位坐标x_ap(τ)和y_ap(τ)，以及所有划分区域的

和

的组合

形成加密矩阵JM(τ)＝k_D·rand[x(τ),y(τ),w_D]，其中

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

和

且

优选地，r(τ)＝rand[x(τ),y(τ),w(τ)]，则 rand[x(τ),y(τ),W(τ)]＝rand{x(τ),y(τ),rand[x(τ),y(τ),w(τ)]·w(τ)}∈(-1,1)。由此不同时刻W(τ)值也在改变。

应当理解的是，在计算上述极限或极限求和时其中的坐标x(τ),y(τ)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则根据多参数动态随机数生成算法定义表示的是用户请求时刻所在位置。

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，参数w(τ)不同，包括光滑面,s_x,s_y,X_o,Y_o,C₁,C₂,C₃,

p,

这些参数的修改引起的w(τ)不同，还包括在同一时刻，不同位置的用户请求产生的w_D不同，同一位置用户在不同的请求时刻τ，这些因素都会引起w(τ) 的变化；另一方面，在偏移约束、边界约束和R域约束条件下，对于任意用户请求时刻τ，由于

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(τ)随w(τ)和k联合变化，加强了加密矩阵JM(τ)的动态变化的破解难度。k的改变也意味着s_x(τ)、s_y(τ)取值范围由此改变。其中，负相关函数NC是独立变量，而X_o(τ)、Y_o(τ)为独立变量，加密矩阵宽度Wid(τ)、高度H(τ)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

和

随p 改变，所选的光滑面也是独立变量，rand[x(τ),y(τ),W(τ)]本身函数形式不同时，计算结果也不同，因此rand[x(τ),y(τ),W(τ)]本身属于独立变量，组合w(τ)＝C_g(τ),g＝1,2,3和

G＝11,22,33分别都是三个独立变量，τ、请求时用户的定位坐标x_ap(τ)和y_ap(τ)也是独立变量。

因此对于给定的R(τ)、Wid(τ)、H(τ)和ID码，方法中独立变量集

实际有19个独立变量，反解密码需要的变量集

有23个变量，而考虑

和

则加密矩阵的构建需要获知的所有参数集

有23+8mun个参数。加密矩阵生成依赖于最多23+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(τ),y(τ),W(τ)]绝对值小于1，从而整体上保证内部偏移始终在分辨率以下，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s_x(τ)、s_y(τ)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(τ),y(τ),W(τ)]偏移以及二级加密后产生在

倍的分辨率内的偏移，由于负相关，此时虽然k很大而rand[x(τ),y(τ),W(τ)]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s_x(τ)、s_y(τ)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s_x(τ)、s_y(τ)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(τ),y(τ),W(τ)]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s_x(τ)、s_y(τ)保证数字地图像能够产生适当的偏移和畸变。

关于S3

S3具体包括：

S3-1对三维数字地图以及请求时用户的定位坐标[x_ap(τ),y_ap(τ)]在基准平面或光滑面的投影进行加密

S3-2将

和

进行叠加，获得一级加密数据

则偏移矩阵

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。

S3-3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。

关于S4

S4具体包括：

S4-1利用偏移矩阵M_s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

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s_x(τ)、s_y(τ)(从而JM(τ)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；

S4-3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M_f；

S4-4若M₁、M₂、M_f、M_f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、M_f、M_f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

实际有20个独立变量，反解密码需要的变量集变为

有24个变量，而考虑

和

则加密矩阵的构建需要获知的所有参数集变为

有24+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M_f三级加密。具体包括：

S4-4-1选择M_f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M_f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。

S4-4-2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Mod_3D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。

S4-4-3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；

S4-4-4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M_f。

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M_f，并当用户试图读取加密图加密的M_f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动态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和请求时间τ的多参数动态随机数生成算法，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动态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20个独立变量、最多24+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1a令k_D＝1801时城市A加密矩阵图局部，

图1b在Matlab中俯视加密矩阵图局部(128*128)，

图1c为第二天同一位置和同一时刻的俯视加密矩阵图(128*128)，

图2一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M_f的过程图，其中的JM和M_s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3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4a和4b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4c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M_f所录制的视频流的示意图，

图4d用户试图读取基于加密图加密的M_f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

S1具体包括：

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，得到对应于城市倾斜摄影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Mod_3D，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。

S1-3确定城市三维数字地图的的城市地理坐标系E，选择面XOY为基准平面，其边界为城市边界，并且所述光滑面为所述基准平面。XOY平面代表选定的标准建筑(如市政大楼)地面以上1米(X向为北) 的平面。所述光滑面中取极大值和极小值的对应点的切平面与所述基准平面均平行。

S1-4将所述光滑面划分为多个矩形区域，每个区域为120m×120m，城市A选取的边界也为矩形区域范围面积R。多个区域在所述基准平面的投影是以O点为起始点，以平行于X轴和Y轴的直线将所述投影划分形成的多个对应的投影区域，优选地，所述多个对应的投影区域均为矩形。

实施例2

继续实施例1以实施本实施例，S2-1设W(τ)＝r(τ)·w(τ)，多参数动态随机数生成算法 rand[x(τ),y(τ),W(τ)]＝rand[x(τ),y(τ),r(τ)·w(τ)]∈(-1,1)，其中x(τ),y(τ)为用户在时刻τ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(τ)为预设参数，且该随机数与 x(τ),y(τ)，w(τ)相关，对于给定时刻τ，给定w(τ)值，以及x(τ),y(τ)，则生成的随机数值相同， r(τ)为跟随时刻τ改变的随机数生成函数，且r(τ)∈(-1,1)，尝试τ表示为2021.0226152600。以下公式中都省略时间参量表示2021.0226152600，以使得撰写简洁，而实际表示的是在给定时刻τ＝2021.0226152600的表达式

城市A的矩形范围面积R，用户请求的位置对应的如图3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s_x,s_y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X_o和Y_o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，s_x,s_y满足

当取k＝1801时，

获得w(τ)，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

S2-2选定算术和组合方式以及

不断改变s_x(τ)、s_y(τ)、

X_o(τ)、Y_o(τ)，获得k值

mun_D为根据R以及

而确定的划分区域数(

[]表示取整)，以使得在所述多个区域中的边界b上

都存在，且

从而得到中间W_proc(τ)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，

S2-3计算s_x(τ)、s_y(τ)、

X_o(τ)、Y_o(τ)、τ、请求时用户的定位坐标x_ap(τ)和y_ap(τ)，以及所有划分区域的

和

的系数为1的线性组合

形成加密矩阵

通过上述算法获得如图1a为城市A选择区域R中在Matlab中三维加密矩阵图局部(令k_D＝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1b为在Matlab中俯视加密矩阵图(128*128)。图 1c为第二天同一位置和同一时刻的俯视加密矩阵图(128*128)。可见由于时间改变两个加密矩阵已完全不同。

实施例3

继续实施例2，本实施例S3具体包括：

S3-1对实施例1制作的三维数字地图以及用户的定位坐标[x_ap(τ),y_ap(τ)]在光滑面的投影，即基准平面本身进行加密，

S3-2将

和

进行叠加，获得一级加密数据

，则偏移矩阵

并且此时坐标系E变为E⁽¹⁾；

S3-3如图2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具体包括：

S4-1利用偏移矩阵M_s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

，并且此时坐标系E变为E⁽²⁾；

S4-2如图2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；

S4-3如图2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M_f；

S4-4图3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4a和4b为图3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M_f返回至用户进行展示。

实施例4

优先地，在返回之前还对最终加密三维数字地图M_f三级加密。具体包括：

S4-4-1选择M_f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M_f中具有宽度w1(如图2)的道路中心线。

S4-4-2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Mod_3D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。

S4-4-3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；

S4-4-4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M_f。

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M_f所录制的视频流(如图4c)，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M_f所录制的视频流的源数据m时，如图4d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基于用户请求的多参数动态调节加密矩阵的定位地图数据加密发送系统，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和请求时间τ的多参数动态随机数生成算法，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。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基于用户请求的多参数动态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。

Claims (12)

1.一种基于用户请求的多参数动态调节加密矩阵的定位地图数据加密发送方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1确定城市三维数字地图的城市地理坐标系E，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至少一个区域；

S2根据用户的请求，设置基于地理位置坐标和请求时间τ的多参数动态随机数生成算法，并基于该算法在所述至少一个区域中生成加密矩阵，使得在τ时刻每个区域加密矩阵的边界连续光滑；

S3根据用户的请求而利用加密矩阵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形成一级加密数据，并形成偏移矩阵；

S4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返回用户进行展示。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S1具体包括：

S1-1采集城市倾斜摄影数据；

S1-2对所述倾斜摄影数据进行预处理，得到对应于城市倾斜摄影模型的城市三维数字地图；

S1-3确定城市三维数字地图的的城市地理坐标系E，选择面XOY为基准平面，其边界为城市边界，并且经过O点形成在基准平面的投影完全覆盖所述基准平面的光滑面，且所述光滑面中取极大值和极小值的对应点的切平面与所述基准平面均平行；

S1-4将所述光滑面划分为多个区域，多个区域在所述基准平面的投影是以O点为起始点，以平行于X轴和Y轴的直线将所述投影划分形成的多个对应的投影区域，优选地，所述多个对应的投影区域均为矩形。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S1-3中所述光滑面为所述基准平面。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S2具体包括：

S2-1设W(τ)＝r(τ)·w(τ)，多参数动态随机数生成算法rand[x(τ),y(τ),W(τ)]＝rand[x(τ),y(τ),r(τ)·w(τ)]∈(-1,1)，其中x(τ),y(τ)为用户在时刻τ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(τ)为预设参数，对于给定时刻τ，给定w(τ)值，以及x(τ),y(τ)，则生成的随机数值相同，r(τ)为跟随时刻τ改变的随机数生成函数，且r(τ)∈(-1,1)，τ表示为Y.MRHMS形式的小数，其中，Y为年份数，M为以两位数表示的月份数，R为两位数表示的日数，HMS分别为当天里两位数表示小时数、分钟数、秒数，

所述w(τ)包括加密地理数据范围面积R(τ)，用户请求的位置对应的加密矩阵宽度Wid(τ)、高度H(τ)，注册用户的ID码中，以及，允许偏移量s_x(τ),s_y(τ)，每个区域在基准平面上投影的平均长

平均宽

以及投影中的预设坐标X₀(τ)和Y₀(τ)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

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C₁(τ)，C₂(τ)和C₃(τ)，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，其中，s_x(τ),s_y(τ)满足

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(τ)]，num(τ)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(τ)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

其中x_j(τ)→x(τ)和y_j(τ)→y(τ)定义为每条边界上的点x_j(τ),y_j(τ)分别以X和Y轴的双方向上趋向到达x(τ),y(τ)相邻的一个像素点；

S2-2在τ时刻，选定C_g(τ)和NC，不断改变s_x(τ)、s_y(τ)、

X_o(τ)、Y_o(τ)，获得k值k_D＝NC[num_D(τ)]以使得在所述多个区域中的边界b上

都存在，且|s_x(τ)+k_D·rand[x(τ),y(τ),W(τ)]_{[x(τ),y(τ)]∈R}|∈(2|r|，2k_D|r|],|s_y(τ)+k_D·rand[x(τ),y(τ),W(τ)]|_{[x(τ),y(τ)]∈R}|∈(2|r|，2k_D|r|]，从而得到中间值W_proc(τ)，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

b_j为边界b上的点，且j＝1,2,…,p，W_proc(τ)＝r(τ)·w_proc(τ)＝r(τ)·C_{g proc}(τ)；

S2-3计算s_x、s_y、

X_o、Y_o、τ、请求时用户的定位坐标x_ap(τ)和y_ap(τ)，以及所有划分区域的

和

的组合

，形成加密矩阵JM＝k_D·rand(x,y,w_D)，其中

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

和

且

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，r(τ)＝rand[x(τ),y(τ),w(τ)]，则rand[x(τ),y(τ),W(τ)]＝rand{x(τ),y(τ),rand[x(τ),y(τ),w(τ)]·w(τ)}∈(-1,1)。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，S3具体包括：

S3-1对三维数字地图以及请求时用户的定位坐标[x_ap(τ),y_ap(τ)]在基准平面或光滑面的投影进行加密

S3-2将

和

进行叠加，获得一级加密数据

，则偏移矩阵

并且此时坐标系E变为E⁽¹⁾；

S3-3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。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，S4具体包括：

S4-1利用偏移矩阵M_s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

，并且此时坐标系E变为E⁽²⁾；

S4-2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；

S4-3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M_f；

S4-4若M₁、M₂、M_f、M_f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、M_f、M_f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返回至用户进行展示。

8.根据权利要求7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M_f三级加密，具体包括：

S4-4-1选择M_f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M_f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；

S4-4-2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Mod_3D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；

S4-4-3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；

S4-4-4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M_f。

9.根据权利要求7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M_f，并当用户试图读取加密图加密的M_f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。

10.一种实现如权利要求1-9中任一项方法的基于用户请求的多参数动态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和请求时间τ的多参数动态随机数生成算法，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。

11.根据权利要求10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。

12.一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1-9中任一项基于用户请求的多参数动态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。

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