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专利号: 2022106583910
申请人: 北京中软政通信息技术有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2024-12-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于卫星定位的交通路况数据采集方法,其特征在于,所述数据采集方法包括:

用户终端通过卫星定位系统获取其所在的地理坐标,以匿名方式将前一段时间产生的轨迹数据发送给匿名空间管理中心;

匿名空间管理中心为用户终端生成包含轨迹数据中心坐标在内的K‑匿名区域,所述K‑匿名区域的大小根据轨迹数据周边用户终端聚集趋势确定;

用户终端以匿名方式向密钥空间管理中心发送包含K‑匿名区域在内的秘密参数分配请求,密钥空间管理中心查询K‑匿名区域所在的密钥分区,将密钥分区对应的秘密参数回传给用户终端;

用户终端利用秘密参数生成空间密钥,对本地后一段时间产生的轨迹数据进行加密,将密文和用户身份标识一起发送给身份认证中心;

身份认证中心提取用户身份标识执行身份认证,在认证通过后将密文发送给密钥空间管理中心;

密钥空间管理中心解密密文,将接收到的同一时空区域内所有用户终端的轨迹数据进行位置交换,将位置互换的轨迹数据回传给身份认证中心;

身份认证中心将位置互换的轨迹数据与用户身份标识重新关联,将关联数据发送给位置服务器作为采集到的交通路况数据;

所述K‑匿名区域生成步骤为:

匿名空间管理中心实时接收匿名用户终端发送的轨迹数据,所述的轨迹数据包括匿名用户终端的地理坐标及对应的时间戳信息构成的数据集;

按设定的时间步长逐层生成轨迹平面,每一层轨迹平面上记录有各匿名用户终端同步的时间戳信息所对应的地理坐标;

为每个匿名用户终端构建聚集趋势引导曲线,定义曲线的初始坐标为(x0,y0),在同一轨迹平面内提取匿名用户终端的一个地理坐标,统计当前地理坐标邻近区域内的用户终端数量,如果用户终端数量大于设定的阈值,则令新增的曲线坐标为(xp,yp+1),否则令新增的曲线坐标为(xp+1,yp),(xp,yp)表示匿名用户终端前一个地理坐标对应的曲线坐标;

按时序为轨迹数据中每个地理坐标生成对应的曲线坐标,通过线段将各相邻的两个曲线坐标连接后形成匿名用户终端在前一段时间内的轨迹数据所对应的聚集趋势引导曲线;

计算聚集趋势引导曲线与直角坐标系共同围成的曲线面积,将曲线面积与设定的面积区间值进行比较,根据曲线面积所在的面积区间将匿名用户终端标记为相应的匿名区域深度;

利用K匿名算法为轨迹数据中心坐标生成满足K匿名度的最小化区域,进一步根据匿名区域深度对最小化区域进行扩展,生成与用户终端聚集趋势相关联的K‑匿名区域;

所述最小化区域生成步骤为:

匿名空间管理中心选择轨迹数据上距离轨迹连线中心位置最近的地理坐标作为中心坐标,采用四叉树结构构造虚拟空间,以被划分得到的最底层叶子节点作为最小匿名单元,选择中心坐标所在的最小匿名单元向相邻单元扩展,生成满足K匿名度且面积最小的区域作为最小化区域。

2.根据权利要求1所述的基于卫星定位的交通路况数据采集方法,其特征在于,所述秘密参数分配步骤为:用户终端在本地生成临时公私钥对和随机数,将随机数、临时公钥、K‑匿名区域空间路径和请求标识添加到秘密参数分配请求内,然后利用密钥空间管理中心的公钥对秘密参数分配请求加密,以匿名方式向密钥空间管理中心发送密文;

密钥空间管理中心利用本地私钥解密密文,提取随机数、临时公钥、K‑匿名区域空间路径和请求标识,根据匿名空间路径定位K‑匿名区域所在的密钥分区,提取密钥分区对应的安全参数添加到秘密参数分配回执消息内,然后利用临时公钥对秘密参数分配回执消息加密,将密文回传给用户终端;

用户终端利用临时私钥解密密文,提取安全参数并结合随机数,利用设定的密钥生成算法生成空间密钥。

3.根据权利要求2所述的基于卫星定位的交通路况数据采集方法,其特征在于,还包括:用户终端将请求标识随密文和用户身份标识一起发送给身份认证中心;

身份认证中心由用户身份标识生成用户终端的伪身份标识,将伪身份标识、请求标识和密文绑定后进行签名,将签名的绑定消息发送给密钥空间管理中心;

密钥空间管理中心在验证签名有效后,以请求标识提取本地存储的随机数和安全参数,利用设定的密钥生成算法生成空间密钥,然后利用空间密钥解密密文,对于相同时段内产生的轨迹数据按各用户终端当前所属的密钥分区进行分类,获得若干个轨迹数据集,在各轨迹数据集内执行轨迹数据交换:对于任意用户终端的轨迹数据,如果与其他用户终端的轨迹数据存在线段交叉点,则将交叉点以后的剩余轨迹数据相互交换,如果与其他用户终端的轨迹数据不存在线段交叉点,则随机选择另一条轨迹数据进行整体交换,将位置互换后的轨迹数据与伪身份标识重新绑定,并回传给身份认证中心;

身份认证中心通过伪身份标识将用户身份标识与位置互换后的轨迹数据关联。

4.根据权利要求3所述的基于卫星定位的交通路况数据采集方法,其特征在于,所述密钥空间管理中心采用四叉树结构构造密钥空间,以被划分得到的最底层叶子节点作为最小密钥分区,通过密钥空间路径定位密钥分区,每个密钥分区包含不同的安全参数。

5.基于卫星定位的交通路况数据处理方法,其特征在于,所述数据处理方法包括:

用户终端利用权利要求1‑4之一的方法由前一段时间产生的轨迹数据生成空间密钥,并对后一段时间产生的轨迹数据加密,所述的轨迹数据包括用户终端的地理坐标及对应的时间戳信息构成的数据集,向身份认证中心发送密文和用户身份标识;

身份认证中心提取用户身份标识执行身份认证,在认证通过后将密文发送给密钥空间管理中心;

密钥空间管理中心解密密文,将接收到的同一时空区域内所有用户终端的轨迹数据进行位置交换,将位置互换的轨迹数据回传给身份认证中心;

身份认证中心将位置互换的轨迹数据与用户身份标识重新关联,将关联数据发送给位置服务器;

位置服务器在确认用户身份标识有效后,将轨迹数据中的地理坐标编码并投影到指定的路网地图坐标系内,然后按设定的时间步长为路网地图逐层生成轨迹平面,每一层轨迹平面上记录有各用户终端同步的时间戳信息所对应的地图坐标,将选定的若干个连续轨迹平面叠加后,累计路网地图中各路段在叠加平面内的地图坐标密度,将地图坐标密度与设定的区间密度值比较后确定当前路段的拥塞度,将拥塞度值通过可视化方式显示在路网地图上。

6.根据权利要求5所述的基于卫星定位的交通路况数据处理方法,其特征在于,还包括:用户终端将请求标识随密文和用户身份标识一起发送给身份认证中心;

身份认证中心由用户身份标识生成用户终端的伪身份标识,将伪身份标识、请求标识和密文绑定后进行签名,将签名的绑定消息发送给密钥空间管理中心;

密钥空间管理中心在验证签名有效后,以请求标识提取本地存储的随机数和安全参数,利用设定的密钥生成算法生成空间密钥,然后利用空间密钥解密密文,对于相同时段内产生的轨迹数据按各用户终端当前所属的密钥分区进行分类,获得若干个轨迹数据集,在各轨迹数据集内执行轨迹数据交换:对于任意用户终端的轨迹数据,如果与其他用户终端的轨迹数据存在线段交叉点,则将交叉点以后的剩余轨迹数据相互交换,如果与其他用户终端的轨迹数据不存在线段交叉点,则随机选择一条轨迹数据进行整体交换,将位置互换后的轨迹数据与伪身份标识重新绑定,并回传给身份认证中心;

身份认证中心通过伪身份标识将用户身份标识与位置互换后的轨迹数据关联。

7.一种基于卫星定位的交通路况数据管理系统,其特征在于,该系统包括:用户终端、卫星定位系统、匿名空间管理中心、密钥空间管理中心、身份认证中心、位置服务器、地图客户端;

卫星定位系统:用于定位用户终端位置,生成用户终端所在位置的地理坐标;

匿名空间管理中心:用于为用户终端生成包含轨迹数据中心坐标的K‑匿名区域,所述K‑匿名区域的大小根据轨迹数据周边用户终端聚集趋势确定;

所述K‑匿名区域生成步骤为:

匿名空间管理中心实时接收匿名用户终端发送的轨迹数据,所述的轨迹数据包括匿名用户终端的地理坐标及对应的时间戳信息构成的数据集;

按设定的时间步长逐层生成轨迹平面,每一层轨迹平面上记录有各匿名用户终端同步的时间戳信息所对应的地理坐标;

为每个匿名用户终端构建聚集趋势引导曲线,定义曲线的初始坐标为(x0,y0),在同一轨迹平面内提取匿名用户终端的一个地理坐标,统计当前地理坐标邻近区域内的用户终端数量,如果用户终端数量大于设定的阈值,则令新增的曲线坐标为(xp,yp+1),否则令新增的曲线坐标为(xp+1,yp),(xp,yp)表示匿名用户终端前一个地理坐标对应的曲线坐标;

按时序为轨迹数据中每个地理坐标生成对应的曲线坐标,通过线段将各相邻的两个曲线坐标连接后形成匿名用户终端在前一段时间内的轨迹数据所对应的聚集趋势引导曲线;

计算聚集趋势引导曲线与直角坐标系共同围成的曲线面积,将曲线面积与设定的面积区间值进行比较,根据曲线面积所在的面积区间将匿名用户终端标记为相应的匿名区域深度;

利用K匿名算法为轨迹数据中心坐标生成满足K匿名度的最小化区域,进一步根据匿名区域深度对最小化区域进行扩展,生成与用户终端聚集趋势相关联的K‑匿名区域;

所述最小化区域生成步骤为:

匿名空间管理中心选择轨迹数据上距离轨迹连线中心位置最近的地理坐标作为中心坐标,采用四叉树结构构造虚拟空间,以被划分得到的最底层叶子节点作为最小匿名单元,选择中心坐标所在的最小匿名单元向相邻单元扩展,生成满足K匿名度且面积最小的区域作为最小化区域;

密钥空间管理中心:接收用户终端发送的包含K‑匿名区域在内的秘密参数分配请求,查询K‑匿名区域所在的密钥分区,将密钥分区对应的秘密参数回传给用户终端;解密身份认证中心发送的密文,将接收到的同一时空区域内所有用户终端的轨迹数据进行位置交换,将位置互换的轨迹数据回传给身份认证中心;

用户终端:以匿名方式将前一段时间产生的轨迹数据发送给匿名空间管理中心;以匿名方式向密钥空间管理中心发送包含K‑匿名区域在内的秘密参数分配请求;利用秘密参数生成空间密钥,对本地后一段时间产生的轨迹数据进行加密,将密文和用户身份标识一起发送给身份认证中心;

身份认证中心:提取用户身份标识执行身份认证,在认证通过后将密文发送给密钥空间管理中心;将位置互换的轨迹数据与用户身份标识重新关联,将关联数据发送给位置服务器作为采集到的交通路况数据;

位置服务器:在确认用户身份标识有效后,将轨迹数据中的地理坐标编码并投影到指定的路网地图坐标系内,然后按设定的时间步长为路网地图逐层生成轨迹平面,每一层轨迹平面上记录有各用户终端同步的时间戳信息所对应的地图坐标,将选定的若干个连续轨迹平面叠加后,累计路网地图中各路段在叠加平面内的地图坐标密度,将地图坐标密度与设定的区间密度值比较后确定当前路段的拥塞度,将拥塞度值通过可视化方式显示在路网地图上;

地图客户端:利用可视化路网地图为用户显示交通路况信息。