(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210502629.0 (22)申请日 2022.05.09 (71)申请人 南京师范大学 地址 210023 江苏省南京市栖霞区文苑路1 号 (72)发明人 任娜　赵亚宙　朱长青　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 专利代理师 杜阳阳 (51)Int.Cl. G06T 1/00(2006.01) G06F 21/16(2013.01) G06V 10/74(2022.01) (54)发明名称 一种矢量地理数据零水印生成算法及零水 印信息检测方法 (57)摘要 本发明涉及一种矢量地理数据零水印生成 算法及零水印信息检测方法， 属于地理信息安全 技术领域， 首先对整个要素集进行旋转标准化， 利用AlphaShapes算法提取出要素集中稳定的外 边界轮廓特征点； 然后借鉴形状上下文算法中轮 廓信息采集的思想， 以特征点为原点， 建立同心 圆区域对地物的空间分布特征进行采集； 最后将 分布特征与版权图像异或生 成零水印。 本发明利 用稳定的外边界轮廓特征点采集地物分布信息， 保证唯一性与鲁棒性的同时， 弥补了零水印对矢 量地理要素集粒度研究的缺失， 解决了现有要素 集中各地物要素需要分批多次版权注册， 耗时耗 力的问题， 有效减少了版权注册时的成本与耗 时。 权利要求书3页 说明书9页 附图3页 CN 114897659 A 2022.08.12 CN 114897659 A 1.一种矢量 地理数据零水印生成算法， 其特 征在于， 包括： 对版权图像进行置乱， 获得一个二 值化的版权矩阵； 对矢量地理要素集进行坐标系转换， 获得转换后的矢量 地理要素集； 利用Alpha  Shapes算法提取转换后的矢量 地理要素集的外边界轮廓特 征点集； 以外边界轮廓特征点集中的每个外边界轮廓特征点为圆心构造计数圆环， 并按照二值 化的版权矩阵的行 数和列数对每 个计数圆环进行网格划分； 统计落入每个计数圆环的每个网格中的所述转换后的矢量地理要素集中各要素的个 数； 根据所述各要素的个数， 确定 矢量地理要素集的要素 特征矩阵； 将二值化的版权矩阵与所述要素 特征矩阵异或， 生成矢量 地理要素集的零水印； 将所述零水印在 知识产权管理机构进行 版权注册。 2.根据权利要求1所述的矢量地理数据零水印生成算法， 其特征在于， 所述对矢量地理 要素集进行坐标系转换， 获得转换后的矢量 地理要素集， 具体包括： 使用Graham扫描法提取矢量 地理要素集的凸包； 利用旋转 卡壳法提取凸包中的最远点对p1与p2； 将最远点对p1与p2所构成的轴作为矢量地理要素集的主轴， 并以p1为旋转中心点， 将矢 量地理要素集的主轴与水平轴重合， 获得转换后的矢量地理要素集中的要素坐标为 其中， (xr,yr)为转换前的矢量地理要素集中第r 个要素的坐标， 为转换后的矢量 地理要素集中第r个要素的坐标， θ 为主轴与水平轴正方向的夹角。 3.根据权利要求2所述的矢量地理数据零水印生成算法， 其特征在于， 所述以外边界轮 廓特征点集中的每个外边界轮廓特征点为圆心构造计数圆环， 并按照二值化的版权矩阵的 行数和列数对每 个计数圆环进行网格划分， 具体包括： 以外边界轮廓特征点集中的每个外边界轮廓特征点为圆心， 最远点对p1与p2距离的二 分之一为半径， 构造计数圆环； 在每个计数圆环中， 过 圆心划分为N个角度区域， 并沿半径方向划分为N个距离区域； 所 述二值化的版权矩阵的行 数和列数均为 N。 4.根据权利要求3所述的矢量地理数据零水印生成算法， 其特征在于， 根据所述各要素 的个数， 确定 矢量地理要素集的要素 特征矩阵， 具体包括： 将各要素落入所有计数圆环的个数形成各要素的计数矩阵序列 所述转换后的矢量地理要素集中的要素包括点要素、 线要素和面要素； 其中， mr为第r个要 素的计数矩阵序列， 分别为第r个要素落入第1、 2、 3、 n个计数 圆环的计 数矩阵； 根据各要素的计数矩阵序列， 构造各要素的特 征矩阵； 利用公式 将点要素的特征矩 阵、 线要素 的特征矩阵以及面要素 的特征矩阵进行异或计算， 生成矢量地理要素集的要素 特征矩阵； 其中， M为矢量地理要素集的要素特征矩阵， point_mfeature为点要素的特征矩阵，权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114897659 A 2polyline_mfeature为线要素的特 征矩阵， po lygon_mfeature为面要素的特 征矩阵。 5.根据权利要求4所述的矢量地理数据零水印生成算法， 其特征在于， 所述根据 各要素 的计数矩阵序列， 构造各要素的特 征矩阵， 具体包括： 利用公式 对各要素的计数矩阵序列累加求和得到各要素的 累计计数矩阵； 其中， 为第r个要素落入第k个计数圆环的网格(i,j)中的个数， 为第r个要素落入网格(i,j)中的累计 个数， n为计数圆环的总数量； 利用公式 计算各要素 的计数平均值； 其中， Dr为第r个要素的计数 平均值； 根 据 各 要 素 的 累 计 计 数 矩 阵 和 各 要 素 的 计 数 平 均 值 ，利 用 公 式 构造各要素的特征矩阵； 其中， 为第 r个要素的特 征矩阵中网格(i,j)对应的元 素。 6.一种零水印信息检测方法， 其特 征在于， 包括： 采用权利要求1 ‑5任一项所述的矢量地理数据零水印生成算法， 生成待检测矢量地理 要素集的要素 特征矩阵； 将待检测矢量地理要素集的要素特征矩阵与知识产权管理机构中原始版权图像的零 水印进行异或， 获得待检测置乱后的版权图像； 将待检测置乱后的版权图像进行反置乱， 获得待检测版权图像； 计算待检测版权图像和原 始版权图像的相似度； 当所述相似度大于相似度阈值时， 判定待检测矢量 地理要素集 为侵权数据。 7.根据权利要求6所述的零水印信息检测方法， 其特 征在于， 所述相似度的计算公式为 其中， NC为相似度， P、 Q分别为待检测版权图像或原始版权图像的行、 列像素个数， I(p, q)为原始版权图像的第(p,q)个像素， I ′(p,q)为待检测版权图像的第(p,q)个像素， XNOR表 示异或非运 算。 8.一种矢量 地理数据零水印生成系统， 其特 征在于， 包括： 置乱模块， 用于对版权图像进行置乱， 获得一个二 值化的版权矩阵； 转换模块， 用于对矢量 地理要素集进行坐标系转换， 获得转换后的矢量 地理要素集； 外边界轮廓特征点提取模块， 用于利用Alpha  Shapes算法提取转换后的矢量地理要素 集的外边界轮廓特 征点集； 网格划分模块， 用于以外边界轮廓特征点集中的每个外边界轮廓特征点为圆心构造计 数圆环， 并按照二 值化的版权矩阵的行 数和列数对每 个计数圆环进行网格划分； 计数模块， 用于统计落入每个计数圆环的每个网格中的所述转换后的矢量地理要素集权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114897659 A 3