“吉印”數字水印：地理空間數據的守護神——訪南京師范大學虛擬地理環境教育部重點實驗室朱長青教授

本刊記者 高慧娟

“吉印”數字水印：地理空間數據的守護神
——訪南京師范大學虛擬地理環境教育部重點實驗室朱長青教授

本刊記者 高慧娟

地理空間數據是國家經濟建設、國防安全、地球科學研究等領域的重要基礎數據，是國家基礎性、前瞻性、戰略性信息資源。在網絡化、數字化快速發展的今天，地理空間數據的獲取、訪問、傳播、復制變得更為便捷，但由此帶來的泄密、盜版、侵權、非法獲利等版權、安全問題也更加突出。地理空間數據的安全問題涉及國家安全、國防安全、科技交流、知識產權保護、數字城市建設等多個領域，是目前迫切需要解決的重大問題。

傳統的信息安全技術主要是加密技術，但密碼一旦破譯，數據就會徹底失控，導致數據安全性無法得到保障，這是傳統加密技術無法解決的難題。數字水印技術是信息安全領域中近年來發展起來的前沿技術，能夠很好的解決地理空間數據的安全保護難題，可廣泛用于數據版權保護、分發、共享、生產管理、政務共享平臺以及內容保護等領域。為了更深入了解這項技術，我們走訪了在地理空間數據安全特別是數字水印領域成績卓著的朱長青教授。

數字水印，讓空間數據擁有自己的“DNA”

數字水印（D i g i t a l Watermarking）技術是指在數字化的數據內容中嵌入秘密水印信息（例如版權信息、用戶信息、使用時間、使用范圍等），通過水印與源數據的緊密結合并隱藏其中，成為源數據不可分離的一部分。數字水印的最初目的是為了保護版權，然而隨著數據安全需求的增加，出現了越來越多新穎的應用方向。如今，數字水印技術可以用來確定版權擁有者、區分不同用戶、跟蹤侵權行為、認證所有權、認證數字內容來源的真實性、識別購買者等，在加強責任心、震懾非法行為、有據可查快查等方面發揮了重要作用，數字水印技術相當于讓每一份空間數據都擁有了自己獨一無二的“DNA”。

在國外，數字水印的研究受到政府、軍方和高科技公司的大力支持和信賴。美國財政部、美國版權工作組、美國空軍研究院、Adobe公司、IBM公司、微軟公司、麻省理工學院等多家機構均投入了大量人力、物力開展研究，使得該技術的研究進展和市場應用得到快速發展。

我國學術界對數字水印技術的研究起步較晚，但也有相當一批具備強大實力的科研機構，在數字圖像、音頻、視頻方面取得了較多研究成果。但是，在與國家安全、國防安全密切相關的地理空間數據安全領域的研究成果并不多見。

我國政府和軍隊有關部門對地理空間數據數字水印技術非常重視。從2006年起，先后開展了多項與地理空間數據數字水印有關的863項目，眾多學者對數字水印技術開展了研究。但是，面對著地理空間數據獨特的性質、復雜多樣的格式類型、空間數據水印精度、魯棒性、信息容量等多方面的問題，兼具實用、高效、可靠等特性的水印數學模型和具有實際應用價值的水印技術顯得彌足珍貴。

需求告急，形勢逼人，朱長青教授刻苦鉆研，勇于創新，不負重望，終于在地理信息安全前沿技術研究方面取得了令人矚目的成就。

“吉印”水印，開啟地理空間數據安全保護新篇章

朱長青，南京師范大學特聘教授、博士生導師，解放軍信息工程大學博士生導師，長期從事地理空間數據安全、地理空間數據不確定性等方面的研究工作。先后出版專著7部，發表論文140余篇，其中SCI收錄10余篇。承擔國家級、省部級項目30余項，其中包括主持了3項地理空間數據安全方面的國家級項目，獲國家自然科學二等獎1項、省部級獎7項，獲專利和軟件著作權7項。近年來，他系統開展了地理信息安全理論和技術研究，特別在地理信息安全前沿技術——數字水印的研究中，提出了以“提高精度和增強抗攻擊性”為核心的地理空間數據數字水印研究的新思想，創新性地構建了以小波分析、Fourier分析等為基礎的地理空間數據綜合水印模型，在地理空間數據水印研究中取得了多項重要突破。

朱長青教授帶領團隊從2006年起開始數字水印的研究，從起初的專門針對矢量數據的國家863項目開始，到后續的更為廣泛的遙感影像、柵格地圖、DEM以及三維模型、視頻數據的水印技術研究，實現了現有空間數據產品保護的全覆蓋。為了全面應用水印技術，朱長青教授和團隊同仁一起研發了《“吉印”地理空間數據數字水印系統》，該系統于2011年3月和5月分別通過了軍隊和地方測繪部門組織的院士參加的評審，技術達到國際領先水平，受到了軍方和政府地理空間數據主管部門的高度評價。該產品是目前國內唯一兼具全面、實用、高效、可靠等特性，且具備完全自主知識產權的地理空間數據數字水印系統，有效解決了空間數據水印技術中水印信息生成、數學建模、精度、魯棒性、可用性等一系列關鍵技術難題。該水印系統能夠在空間數據中嵌入版權、用戶標識等水印信息，能夠從數據中提取出嵌入的水印信息，為維護數據所有者的利益、控制數據的使用范圍、提升數據的共享環境、保障數據的安全提供了安全、可靠、高效的技術手段。

《“吉印”地理空間數據數字水印系統》具有水印嵌入、水印檢測和誤差分析等功能。該系統支持矢量數據（軍標、E00、Shape、Mif、Dwg、Dxf、Mdb、Dgn、Mapstar，MapGis格式、SuperMap格式等）、柵格地圖、影像數據(Bmp、Tif、Jpg、Png、Img格式等）、DEM(Grid、Dem、Bil、Egc格式等)、視頻數據、三維模型數據等多種數據產品的多種格式，在國內同類產品中支持格式數量保持遙遙領先，并且能夠方便擴展應用于其它數據格式。

據朱長青教授介紹，“吉印”系統充分考慮到了用戶的多方面需求，具有運行高效、數據格式豐富、批量處理、方便實用等特性；在信息容量方面利用映射機制，可以嵌入任意容量的水印信息，解決了長期困擾水印應用的信息容量受限的問題；在水印嵌入方面，采用融空間域、頻率域算法于一體的綜合水印算法，使水印系統在抗攻擊性、精度控制性方面大大提高；在水印檢測方面，“吉印”系統具備盲水印檢測、能識別多級水印、同級之間沒有沖突、誤檢率低等多種優異特性。

面向應用，“吉印”水印不斷開拓創新

為了加快數字水印技術的發展，朱長青教授帶領課題組開始了技術轉化、技術市場化探索，希望通過現實應用和市場化需求促進水印技術進步和系統完善。

2008年起，朱長青教授與中國測繪科學研究院和總參**信息中心進行合作，開發“吉印”水印系統，邁開了水印技術應用的第一步。2009年起，朱長青教授就與地方與軍隊測繪、國土、導航等部門進行了全面的合作，研發更為全面、實用的水印系統，通過大數據的測試、試用，目前，“吉印”地理空間數據數字水印系統已成功應用于軍隊和地方的測繪、國土、規劃、地質、導航、公安等20多個部門，主要用戶包括：中國測繪科學研究院、中國地質調查研究中心、北京超圖軟件股份有限公司、北京四維圖新科技股份有限公司、北京天地圖公司、北京太極信息系統技術有限公司、總參**信息中心、南京**信息中心、南京**測繪大隊、廣州**測繪大隊、**所、江蘇省測繪局、四川省測繪局、珠海國土資源局、平頂山市測繪局、麗水建委等。另外，水印系統還正在多家單位試用并洽談合作事宜。

最近，“吉印”地理空間數據數字水印系統又在共享平臺、三維模型、視頻水印方面取得重要突破。特別是將GPS數據作為水印信息嵌入到圖像、視頻數據中，開辟了地理空間數據水印技術應用的新局面。

“欲窮千里目，更上一層樓”，在記者發稿時，欣聞朱長青教授領銜申報的“我國地理信息安全的政策與法律研究”，獲批2011年國家社科基金重大項目，朱長青教授展開了對數字水印應用的政策和法律研究，從而為數字水印的大規模應用構建了政策和法律依據。朱長青教授帶領技術團隊長期攻關、堅持創新、直面市場，走出了“產、學、研、用”的全新道路，相信朱教授一定能夠在地理空間數據安全保護領域取得更大的成就！