涉密矢量数字地图中敏感要素几何信息量的测度方法
作者简介:李安波(1974-),男,山东郓城人,副教授,博士,研究方向为地理信息安全、地质建模。E-mail: mrlab@126.com
收稿日期: 2017-07-11
要求修回日期: 2017-10-11
网络出版日期: 2018-01-20
基金资助
国家自然科学基金项目(41771431、41471175、41371374);江苏省高等学校自然科学研究项目(17KJA170002)
Quantitative Measurement of Geometrical Information for Sensitive Features in Secret-related Vector Digital Maps
Received date: 2017-07-11
Request revised date: 2017-10-11
Online published: 2018-01-20
Supported by
National Natural Science Foundation of China, No.41771431, 41471175, 41371374;Natural Science Research Project of Universities in Jiangsu Province, No.17KJA170002.
Copyright
涉密矢量数字地图中敏感要素几何信息的定量测度,是实现定量化密级评定的基础和前提。如何进行敏感要素几何信息量的计算,目前尚缺乏相关研究。在现有地图信息论研究成果的基础上,论文主要开展了3方面的研究工作:首先,从地理对象的敏感性入手,探讨了地图要素敏感性的定义与要素集合的敏感性表征指标;然后,基于任意发生元的Voronoi构建方法,实现了对点要素集、线要素集、部分覆盖面要素集及综合要素集的信息单元自动化剖分;最后,基于长度系数、面积系数和角度系数,提出了线、面要素图形复杂度的计算方法,并在此基础上形成了涉密矢量数字地图中敏感几何信息量的测度方法。实验表明,该方法的计算结果遵循了信息量的非负性、连续性、可加性等特点,较为合理地反映了相关因素(地图比例尺、要素空间分布、要素图形复杂度、要素敏感系数等)对计算结果的影响。相关成果将支持矢量数字地图的定量化密级评定,并有助于完善地理信息安全监管的理论和方法体系。
李安波 , 陈楹 , 姚蒙蒙 , 吴赛松 . 涉密矢量数字地图中敏感要素几何信息量的测度方法[J]. 地球信息科学学报, 2018 , 20(1) : 7 -16 . DOI: 10.12082/dqxxkx.2018.170312
Quantitative measurement for sensitive geometrical information of secret-related vector digital maps is the basis and precondition of achieving the quantitative evaluation of classification level. At present, there are rare related researches on how to measure the sensitive geometrical information of a map. Based on the findings of map information measurement, we focus on the measurement method of the sensitive geometrical information for secret-related vector digital maps. The methodology is composed of three phases. Firstly, we discuss the definition of map feature sensitivity and the sensitivity index of feature sets. Then, we aim to the automatic division of information-unit for point feature set, line feature set, polygon feature set and comprehensive feature set. The method of constructing voronoi diagram with general generators is used. Finally, based on length coefficient, area coefficient and angle coefficient, we propose the methods for figure complexity of line feature and polygon feature. The results demonstrate that it follows the principles of information theory, such as nonnegative, continuous and additive, and reasonably reflects some factors’ (map scale, features spatial distribu-tion, features figure complexity and features sensitivity coefficient) impact on the results. The results will support the quantitative evaluation for classification level of vector digital maps, and help to improve the theory and method systems of geographical information security supervision.
Fig. 1 Conceptual framework图1 概念框架 |
Tab. 1 Examples of sensitive geo-object表1 敏感地理对象示例 |
关联类型 | 地理对象 | 关联度 | 地理对象分级 |
---|---|---|---|
公开地图中不得表示内容 | 军用机场(包括未公开机场) | 1 | 三级、二级、一级、特级 |
军用饮食供应站 | 1 | 普通供应站、重点供应站 | |
专用铁路及站内火车线路、铁路编组站,专用公路等军事运输设施 | 1 | 一般运输、重点运输、特殊运输 | |
军事禁区、军事管理区及其内部的所有单位与设施 | 1 | 依据军队主持负责的范围、区域大小分级 | |
武器弹药、爆炸物品、剧毒物品、危险化学品的集中存放地等 | 1 | 根据风险等级进行划分 | |
不得表示内容的具体形状和属性 | 气象台站 | 0.5 | 县级、市级、省级、国家级 |
水文站 | 0.5 | 一类、二类、三类 | |
监狱、劳动教养所、看守所等与公共安全相关的单位 | 0.5 | 低度戒备、中度戒备、高度戒备 | |
大型水利设施、电力设施等对人民生产、生活有重大影响的民用设施 | 0.5 | 依据影响程度大小进行划分 | |
公开内容 | 对人民生产、生活不构成重大影响的民用设施 | 0 | 依据服务人群数量进行分级 |
Fig. 2 Hierarchical relationship of map feature sets图2 地图要素集合的层次关系 |
Fig. 3 Division of information-units图3 信息单元剖分 |
Fig. 4 Figure complexity图4 图形复杂度 |
Fig. 5 Diagram of length coefficient and angle coefficients图5 长度系数和角度系数示意图 |
Fig. 6 Experimental data图6 实验数据 |
Tab. 2 Information quantity of different features表2 不同要素的信息量 |
要素ID | 地理对象 | 军事关联度 | 使用状态 | 级别 | 对象 敏感系数 | 要素 敏感系数 | 面积系数 | 图形复杂度 | 几何信息量 | 敏感 几何信息量 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
0 | 在用的县级气象台站 | 0.5 | 在用 | 1/4 | 0.125 | 0.232 | 1.179 | 1 | 1.179 | 0.274 |
1 | 电影院 | 0 | 在用 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | |
2 | 超市 | 0 | 在用 | 0 | 0 | 1.315 | 1 | 1.315 | 0 | |
3 | 剧场 | 0 | 在用 | 0 | 0 | 1.649 | 1 | 1.649 | 0 | |
4 | 废弃的县级气象台站 | 0.5 | 废弃 | 1/4 | 0 | 0 | 1.029 | 1 | 1.029 | 0 |
5 | 内部道路 | 0 | 在用 | 0 | 0 | 11.037 | 1.164 | 12.846 | 0 | |
6 | 普通房屋 | 0 | 在用 | 0 | 0 | 3.205 | 1.864 | 5.975 | 0 | |
7 | 普通房屋 | 0 | 在用 | 0 | 0 | 1.92 | 1.865 | 3.582 | 0 | |
8 | 普通房屋 | 0 | 在用 | 0 | 0 | 9.537 | 2.707 | 25.817 | 0 | |
9 | 中度戒备的安康医院 | 0.5 | 在用 | 2/3 | 0.333 | 0.308 | 1.674 | 1.947 | 3.259 | 1.004 |
10 | 低度戒备的拘留所 | 0.5 | 在用 | 1/3 | 0.167 | 0.155 | 2.406 | 1.955 | 4.704 | 0.729 |
合计 | - | - | - | - | - | - | - | - | 62.355 | 2.007 |
Fig. 7 Experimental data of different map scales图7 不同比例尺的实验数据 |
Tab. 3 Information quantity of different map scales表3 不同比例尺的信息量 |
比例尺 | 要素集合的 敏感性系数 | 几何信息量 | 敏感要素 几何信息量 |
---|---|---|---|
1:1万 | 0.848 | 56126.90022 | 47959.61139 |
1:2.5万 | 0.585 | 50622.43671 | 29614.12548 |
1:5万 | 0 | 2459.65195 | 0 |
Tab. 4 Experimental data of different spatial distribution表4 不同空间分布的实验数据 |
要素类型 | 均匀分布 | 非均匀分布 |
---|---|---|
点要素 | ||
线要素 | ||
面要素 |
Tab. 5 Geometrical information of sensitive features of different spatial distribution表5 不同空间分布的敏感要素几何信息量 |
要素类型 | 分布形态 | 几何信息量 | 敏感要素几何信息量 |
---|---|---|---|
点要素 | 均匀分布 | 44.52182 | 44.52182 |
非均匀分布 | 273.13916 | 273.13916 | |
线要素 | 均匀分布 | 12.14694 | 12.14694 |
非均匀分布 | 55.59165 | 55.59165 | |
面要素 | 均匀分布 | 18.58716 | 18.58716 |
非均匀分布 | 33.08957 | 33.08957 |
Fig. 8 Experimental data of different spatial distribution of different Graphic's Complexity图8 不同图形复杂度的实验数据 |
Tab. 6 Information quantity of line features表6 线要素的信息量 |
要素ID | 面积系数 | 图形复杂度 | 几何信息量 | 要素敏感性系数 | 敏感要素几何信息量 |
---|---|---|---|---|---|
0 | 5.306934 | 2.457683 | 13.042761 | 0.617 | 8.047384 |
1 | 1 | 1.549323 | 1.549323 | 0.617 | 0.955932 |
2 | 8.792802 | 2.970777 | 26.121458 | 0.617 | 16.116940 |
3 | 7.516757 | 4.386404 | 32.971531 | 0.617 | 20.343435 |
合计 | - | - | 73.685073 | - | 45.463691 |
Tab. 7 Information quantity of polygon features表7 面要素的信息量 |
要素ID | 面积系数 | 图形复杂度 | 几何信息量 | 要素敏感性系数 | 敏感要素几何信息量 |
---|---|---|---|---|---|
0 | 2.33492 | 2.23348 | 5.21500 | 0.155 | 0.808325 |
1 | 8.33025 | 4.34962 | 36.23343 | 0.155 | 5.616182 |
2 | 2.00518 | 3.44635 | 6.91054 | 0.155 | 1.071134 |
3 | 4.73571 | 3.62648 | 17.17396 | 0.155 | 2.661964 |
4 | 1 | 1.89128 | 1.89128 | 0.155 | 0.293148 |
合计 | - | - | 67.42421 | - | 10.450753 |
The authors have declared that no competing interests exist.
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