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专利号: 2017112654185
申请人: 南京师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种DEM几何精度脱密与恢复方法,其特征在于:所述的方法包括以下步骤:(1)DEM数据的脱密处理,所述的脱密处理包括选择控制点、设置扰动量、生成模型参数和加密保存密钥;

(2)DEM数据恢复处理,将步骤(1)脱密处理后的DEM数据进行恢复,包括密钥解密读取、恢复模型建立;

步骤(1)所述的DEM数据的脱密处理步骤如下:(1.1)确定DEM数据范围:读取待脱密DEM数据,获取数据最小外接矩形R,其中,R左下角坐标为(Xmin,Ymin),右上角坐标为(Xmax,Ymax);

(1.2)选择控制点:从DEM数据范围中选取控制点,设控制点集合为Cpoints={(Pxi,Pyi,Pzi)|i=1,2,3,...,k},其中,k为选择控制点个数,且k>6;

(1.3)初始化扰动量区间:根据输入的目标脱密指标d,初始化扰动量区间,所述的区间表达式为:

u=[d‑c,d+c]

其中,c是初始化扰动量区间的大小,其区间的大小根据目标脱密指标d进行设定,且0<c<d,初始值c=15;

(1.4)生成带扰动量控制点集合;

所述的生成带扰动量控制点集合步骤如下:(1.4.1)在扰动量区间u[us,ue]内,生成k个扰动量集合,其表达式为:ZErrors={Zei|i=1,2,3,...,k};

(1.4.2)将Cpoints集合按照Pz坐标进行正序排列,得到集合为:SPoints={(Pxj,Pyj,Pzj)|j=1,2,3,...,k};

(1.4.3)将ZErrors集合按照值大小进行正序排列,得到集合为:SErrors={Sej|j=1,

2,3,...,k};

(1.4.4)根据集合SPoints和ZErrors,计算带扰动量的控制点集合EPoints={(Exj,Eyj,Ezj)|j=1,2,3,...,k},其计算表达式为:(1.5)建立脱密模型;

步骤(1.5)建立脱密模型,具体步骤如下:(1.5.1)根据公式(2)对EPoints进行最小二乘解算,得到模型参数;所述公式(2)为:

2 2

Ezj=a0+a1Exj+a2Eyj+a3Exj+a4ExjEyj+a5Eyj    (2)参数模型为:

a0,a1,a2,a3,a4,a5;

(1.5.2)以最小外接矩形R为全局样本选择样本点,根据取样点个数设定取样间隔为interval,在全局样本中均匀选取num个点作为样本点集合,所述的样本点个数num为:num=((xmax–xmin)/interval)*((ymax‑ymin)/interval);

所述样本点集合为:

SamplePoints={(Sxj,Syj)|j=1,2,3,...,num};

(1.5.3)根据公式(3)和模型参数计算样本点的高程扰动量,得到带干扰三维样本点集合SamplePoints={(Sxj,Syj,Szj)|j=1,2,3,...,num},计算公式为:

2 2

Szj=a0+a1Sxj+a2Syj+a3Sxj+a4SxjSyj+a5Syj    (3)所述的模型参数为:a0,a1,a2,a3,a4,a5;

所述的带干扰三维样本点集合为:SamplePoints={(Sxj,Syj,Szj)|j=1,2,3,...,num};

(1.5.4)计算样本点高程脱密中误差RMSdecrypt,其计算公式为:(1.5.5)将RMSdecrypt与目标脱密指标d进行比较:如果RMSdecrypt<d,则根据式(5)增大扰动量区间来增大全图的中误差;

如果RMSdecrypt>d,则根据式(5)缩小扰动量区间来减少全图的中误差;

计算公式(5)为:

其中,[us,ue]是扰动量区间,d是目标脱密指标,RMSdecrypt是样本点高程脱密中误差;

(1.6)迭代步骤(1.4)到步骤(1.5),中误差达到脱密要求精度后执行步骤(1.7),所述指标满足公式为:

||RMSdecrypt‑d||<0.1;

其中,RMSdecrypt为样本点高程脱密中误差;

(1.7)DEM数据脱密处理;

所述的DEM数据脱密处理步骤如下:(1.7.1)根据公式(7)和模型参数计算待脱密DEM栅格单元的高程扰动量;

待脱密DEM栅格单元的高程扰动量集合为:DZ={Pzj'|j=1,2,3,...,m},其中m是DEM数据的栅格单元个数;

所述公式(7)为:

2 2

Pzj'=a0+a1Pxj+a2Pyj+a3Pxj+a4PxjPyj+a5Pyj    (7)其中Pxj为栅格单元的x坐标,Pyj是栅格单元的y坐标;

(1.7.2)根据公式(8)生成脱密后的DEM栅格单元的高程值集合,所述的高程值集合为:DZ'={Pzj”|j=1,2,3,...,m};

所述的公式(8)为:

Pzj”=Pzj+Pzj'    (8)其中Pzj为栅格单元的原始高程值;

(1.8)保存脱密后的DEM数据,将模型参数a0‑a5、扰动量区间u以及目标脱密指标d组成密钥key,使用DES对称加密算法进行加密并存入密钥文件key.txt。

2.根据权利要求1所述的一种DEM几何精度脱密与恢复方法,其特征在于:步骤(2)所述的脱密后DEM数据的恢复步骤如下:(2.1)读取密钥文件key.txt,使用DES算法解密后提取密钥key;

(2.2)打开脱密后的DEM数据,获取脱密后栅格单元高程值集合DZ'={Pzj”|j=1,2,

3,...,m},根据密钥中的模型参数和公式(7)计算栅格单元的高程扰动量集合DZ={Pzj'|j=1,2,3,...,m},其中,m是DEM数据的栅格单元个数;

(2.3)利用公式(9)计算恢复后的DEM栅格单元的高程值集合TZ={Pzj|j=1,2,3,...,m},所述的公式(9)为:

Pzj=Pzj”‑Pzj'    (9);

(2.4)保存恢复后的DEM数据。