ArcGIS支持下的地理数据脱密处理方法

ArcGIS支持下的地理数据脱密处理方法随着GIS应用的普及和互联网技术的发展，地图或地理信息服务被大众所熟知。随之而来的是地理信息安全问题，尤其是基础测绘数据的安全，其作为各种应用的基础数据源，应用广泛而深入。如何既保证国家安全，又满足地理信息的社会化应用。脱密处理技术，很好的解决了这个问题。脱密处理是指通过技术办法，将秘密级测绘数据中包含的涉及国家安全的地理空间位置、精度和内容进行处理，转变为符合公开测绘成果使用的方法[1]。本文介绍了ArcGIS产品在地理数据脱密过程中采用的关键技术，以服务于地理数据的公开化使用。1.脱密原则[1]1.1.地理数据内容处理原则完全删除地理数据中含有涉密的地理要素或象素及其他属性信息。（1）水系的天然水体和人工附属结构都是涉密的重要信息，因此应删除水库库容和大坝的高度、河宽、水深、流速、底质和岸质属性等。（2）居民地是重要的地物要素，从涉密角度看，保密单位的地理位置、分布特征、编制及部署均应进行保密处理，按不依比例尺的居民地符号式样表示或不表示。（3）交通运输条件是涉密重要组成部分。陆地交通、水上交通、航空运输详细信息对其影响非常重要，应删除交通枢纽的地理位置、分布和特征，桥梁、隧道的位置、长度、宽度、高度、性质、载重量、运输能力、周围地形状况等不易表达的信息。（4）在任何形态的地形中，起着基础和主导作用的地形要素是地貌。地形景观与特征、图幅的最高点、主要山峰等制高点的地理位置及高程、冲沟比高、陡崖比高等影响较大的地貌信息应删除。（5）对潜力目标进行定位和破坏，已成为现代战争的一个重要特点。总体而言，国防工程中的地理位置、分布特征等属性，均不得在公开地图产品上表示。如三角点、独立天文点不表示，发电厂按不依比例尺的居民地符号表示，油、气井、变电所、油库、煤气库、涉及国防工程和军事设施的山洞不表示高压输电线、油气管道不表示等。1.2.地理数据空间精度处理原则进行空间位置处理，以达到国家规定的可公开的空间位置精度。（1）将空间位置精度降至国家安全要求的范围以外，保证公开地图位置精度不得高于50米，等高距不得小于50米，数字高程模型格网不得小于100米。（2）对特征点进行处理，通过技术手段将特征点的几何精度弱化、图形特征钝化（折线曲化），从而降低特征点在数据几何精纠正过程中的精准作用。2.ArcGIS脱密处理技术地理数据脱密处理从内容和空间精度两方面着手。主要对涉密的空间地物数据和属性数据直接删除，并对数据的空间位置使用专业脱密技术进行位移和精度干扰，使得脱密后的数据不易用一定的纠正方法恢复，避免数据泄密[1]。具体方法如下：2.1.地理要素及属性删除使用ArcGIS提供的编辑工具，删除涉密的地理要素及其他属性。2.2.数学变换干扰法数学变换过程应满足拓扑关系不变、地物间距离变化及变换过程不可逆。降低地理数据位置精度同时，满足一定的应用。ArcGIS提供了投影转换和空间变换工具可实现数学变换干扰。2.2.1.投影转换法投影转换是改变地理数据投影方式和坐标系统的方法，由于其过程是可逆的，为避免投影反推，在投影前先定义一个投影坐标系用于输出，参数设置任意设定。具体过程如下：1.打开新建投影坐标系窗口；2.输入投影坐标系名称及各项参数，完成投影坐标系定义。投影坐标系定义完成后，接下来进行投影转换。ArcGIS提供了两个不同的投影转换工具，分别针对矢量和栅格数据进行转换，下文分别介绍。2.2.1.1.矢量数据的投影转换在ArcToolbox中，选择要素“投影”工具，输入参数，输出坐标系选择自定义的坐标系，完成数据投影转换。2.2.1.2.栅格数据的投影转换在ArcToolbox中，选择栅格“投影”工具，输入参数，输出坐标系选择自定义的坐标系，完成数据投影转换。2.2.2.空间变换法空间变换经常用于将数据从未知数字化仪或扫描仪单位转换为实际坐标，是通过数学关系式描述变换前图形坐标(x,y)与变换后图形坐标(x’,y’)之间的换算。数据脱密处理过程中，可以给变换前坐标x、y值加上一个合适的变量，该变量随机产生，从而的得到变化后坐标x’、y’。通过这样的变化过程，改变数据的位置精度。ArcGIS提供了两个不同的空间变化工具，分别针对矢量和栅格数据进行变换，下文分别介绍。(x,y)(x’,y’)2.2.2.1.矢量数据的空间变换矢量数据的空间变换，可使用“空间矫正”工具完成。默认情况下，ArcMap支持三种类型的变换：仿射变换、相似变换和射影变换。其中，仿射变换可对图层坐标进行缩放、倾斜、旋转和平移；相似变换可以缩放、旋转和平移数据，但不会单独对轴进行缩放，也不会产生任何倾斜，可使变换后的要素保持原有的横纵比，保持要素的相对形状；射影变换基于更加复杂的公式，对图层坐标的变换形式更全面。三种变换里，射影变换脱密程度最高，仿射变换和相似变换由于变化形式简单，脱密程度不高。具体操作过程如下：1.在ArcMap中，加载待变换的矢量数据；2.在编辑状态下，打开空间校正工具条；3.选择要用于校正的输入数据；4.选择空间校正方法；5.点击，创建位移连接，连接线的端点值（(x,y)和(x’,y’)）可通过连接表进行修改；6.执行校正；7.停止编辑会话并保存编辑内容，完成数据变化。2.2.2.2.栅格数据的空间变换栅格数据的空间变换，使用“地理配准”工具。ArcMap支持多项式变换、样条函数变连接线最上层为空间变换后的数据（蓝色）换或校正变换来为栅格中的每个单元确定正确的地图坐标位置。一般，函数越复杂，脱密的程度也就越高。栅格数据空间变换具体操作过程：1.在ArcMap中，加载待变换的栅格数据；2.在编辑状态下，打开地理配准工具条；3.点击，添加控制点，连接线的端点值（(x,y)和(x’,y’)）可通过连接表进行修改；4.选择空间校正方法；连接线5.预览校正结果，执行校正并保存数据。2.3.要素综合移位法虽然利用数学的方法进行了脱密处理，但为了避免关键要素的泄密，我们对空间数据有选择地使用，对于不能直接表示的要素，需要进行综合、移位处理。相对于数学变化干扰法，要素综合移位法是对局部要素的脱密处理。2.3.1.要素综合法ArcGIS提供了一系列的制图综合工具，可对地理数据进行抽稀、简化、平滑等处理，对图形特征进行钝化，以降低地理数据的几何精度。空间变化后的数据平滑线/面对线/面中的尖角进行平滑处理。简化建筑物在保持建筑物基本形状和大小不变的前提下简化建筑物面的边界或轮廓。简化线/面通过去除多余的弯曲线，同时保留必要的简化形状。聚合面基于指定距离将分散的多边形聚合成一个新的多边形。2.3.2.要素移位法在编辑状态下，利用ArcMap提供的编辑工具，可对地理要素特征点进行移位，以降低地理数据的几何精度。消防站消防站点移位敏感道路移位3.总结本文从地理数据内容和地理数据空间精度两个方面，介绍了ArcGIS的数据脱密技术。从删除涉密地理数据内容，到数学变换干扰，再到要素综合移位，通过这一系列方法的简单应用和组合应用，可达到数据脱密的目的，满足地理信息的公开化应用。参考文献[1]傅宏.公众版地图地理要素脱密处理方法.地理空间信息，2010,8(4):133-134.[2]ArcGIS10.0帮助，