文档介绍：摘 要
随着信息处理技术和网络技术的快速发展，数字矢量地图已逐步成为地
理信息系统、智能交通运输系统、数字化城市和数字化国防建设等方面必需
的保障资源。数字矢量地图的地理信息详实准确，具有巨大的经济价值和战
略意义。同时，数字矢量地图制作成本极高，针对数字矢量地图的非法拷
贝、窃取等侵权行为也日益猖獗。对于数字矢量地图的数据安全防范措施稍
有不当，就会给企业造成损失，甚至会对国家安全造成严重的威胁。为此，
数字矢量地图的内容安全问题已受到我国政府、军队和科研院所以及相应企
业的关注；数字矢量地图水印技术是一种解决数字矢量地图版权保护问题的
常用手段。
虽然人们对数字矢量地图水印技术进行了近二十年的研究，提出了若干
技术并试图解决数字矢量地图在应用中遇到的各类安全问题，但这些技术并
没有很好地适应数字矢量地图的数据特征和操作特性。
本文以数字矢量地图的内容特征为研究对象，以保障地图数据安全为研
究内容，从数字矢量地图的实用角度出发，深入研究了可满足数字矢量地图
内容无损要求、抵抗多种攻击方式并具备地图来源追踪功能的数字矢量地图
水印技术。本文的创新工作主要包括以下几个方面：
首先，结合数字矢量地图结点的位置属性和坐标属性，提出基于属性特
征的矢量地图无损数字水印算法。结合数字矢量地图的数据结构和文件结
构，详细分析了数字矢量地图的属性特征数据，并提出了可实现数字水印无
损嵌入与提取的零比特动态扩展技术。在此基础上，改进了基于网格密度的
空间聚类分析方法，从而有效地提高了算法的鲁棒性能。
其次，针对基于属性特征的无损数字水印算法在抵抗常见的地图编辑操
作时鲁棒性能较弱的不足，提出了基于空间特征的数字矢量地图水印算法。
利用数字矢量地图的空间拓扑关系和线、多边形图元的空间特性，分别提出
了偏序演化以及全序置换两种水印标记方式。同时，为了改善水印标记的孤
立性，提出了水印互认证方案。在保证无损性能的前提下，最终实现了一种
可抵抗曲线拟合、格式转换、精度约减、数据压缩等操作方式的强鲁棒性数
字水印算法。
最后，提出了基于指纹匹配技术的具有身份认证功能的数字矢量地图水
印算法，利用该数字水印技术可以实现追踪地图数据来源以及确定地图责任
人的功能。利用基于双图分形理论的自适应指纹特征提取策略，构造了高精
度的指纹数字水印标记；针对数字矢量地图的不同内容特征，提出了面向空
间、属性以及零水印的三层数字水印信息提取方案。特别是数字零水印扩展
方案大大降低了算法被逆向破解的风险，并为事前预防型数字水印算法的研
究奠定了理论基础。
关键词：数字水印；矢量地图；信息隐藏；内容特征；身份认证
Abstract
With the fast development of information processing technology and
network techniques, digital vector map has becoming the necessary resource
being widely used in GIS, intelligent transport system, digital city, digital national
defense construction and so on. Digital vector map has great economical value
and strategy significance for its accurate content. And its fabricating cost is huge.
On the other hand, illegal copying and stealing of digital vector map are becoming
increasingly rampant. A lower level security of it will cause enterprises’ losses
and even bring risks to national security. As a result, the security problem has
attracted our government, military and science research institution’s attention.
Digital watermarking technology is a common scheme to secure the cop