一种适用于地图符号与注记的跨网传输、融合的方法与流程

1.本发明涉及数据跨网传输领域，尤其涉及一种适用于地图符号与注记跨网传输、融合的方法。


背景技术：

2.随着智能化建设的推进，公安、军工、科研机构等单位都产生了许多涉密地图数据，建立了大量涉密地理信息系统（gis），为了保证这些地图数据及gis系统的保密性、安全性、完整性、防抵赖和高可用性，这些地图数据和gis系统大多部署在保密网，专网和特种网络中，部分绝密地图数据和gis系统部署在无网络设备中，甚至部分地图数据是以纸质形式保存的。
3.这些地图和gis系统不能随意通过网络进行传输，因此日常工作中通常会针对同一个区域，根据不同的业务目标，在不同网络环境下绘制多幅地图、搭建多个gis系统。由于地图可以分为地理环境底图和地图符号与注记，这两者通常是同时出现在一张地图上的。这些地图表示的区域完全相同，只有地图符号与注记不同，而正是地图符号与注记导致了地图的密级不同，因此不能通过网络任意传输，不仅造成系统冗余，而且地图数据无法发挥更大的价值。
4.发明专利申请cn202010601820.1（公开号cn111832329a，公开日2020.10.27）公开了一种基于qr二维码的单向跨网传输方法，将发送端文件信息转换为二维码码图，接收端利用摄像头扫描发送端生成的二维码图像，二维码接收软件对摄像头捕获的图像进行预处理，计算图像的积分图并提取haar-like特征，输入到训练好的级联adaboost分类器中，利用zbar二维码检测算法对级联分类器识别的结果进行解析，从而获得所发送的文件。该基于qr二维码的单向跨网传输方法的发明申请采取二维码码图方式传送，传输效率低，二维码存储信息量较小，而地图文件一般数据量大，需要多个二维码拼接才能完成整个地图文件的传输，增加二维码识别时间和文件转换时间，降低文件传输效率。
5.发明专利申请cn201911273249.9（公开号，公开日）公开了一种基于图标识别与ocr结合的内外网物理隔离数据交换方法，该方法通过对待交换数据进行拆分和编码，并将每个编码数据包的数据信息显示在内网显示屏上，摄像头采集屏幕数据信息图像，并通过图标识别、ocr识别以及数据解码，获取待交换数据包的数据；对待交换数据包编码，并将每个编码数据包的数据信息显示在显示屏上，摄像头采集屏幕数据信息图像，并通过图标识别、ocr识别以及数据解码，获取待比较数据包的数据，并与待交换数据包比较，若相同，则数据交换正确，同时切换系统设备上屏幕的显示数据信息。 该方法的缺点是：存在延时问题，无法适应地图的实时更新频率。地图数据具有实时更新的特性，地图要素包括位置、路线等随着现实实体的变化而变化。而该方法传输时需要先将地图文件转换成数据包，在数据转换的过程中地图一直在更新，则不能实时传输地图数据。
6.以上可知，背景技术存在的主要问题是：1、传输效率低。将文件编码成二维码的方式进行地图数据跨网传输，其主要缺陷
是二维码存储信息量较小，而地图文件一般数据量大，需要多个二维码拼接才能完成整个地图文件的传输，增加二维码识别时间和文件转换时间，降低文件传输效率；2、使用场景受限。在使用百度地图、高德地图等在线地图时，无法单独下载地图数据，则无法使用转换成二维码的方法；解决以上问题及缺陷的难度为：传输效率和使用场景是比较难解决的问题。对于传输效率低，需要优化数据格式，减少数据编码解码次数，设计更高效的传输方式。对于使用场景受限，需要设计更通用的、适用于地图数据传输的传输方式。
7.解决以上问题及缺陷的意义为：解决以上问题可以保证地图的实时传输，保证地图数据的现势性，使使用的场景更广泛。
8.现在亟待解决的问题是：如何在保证涉密地图数据及gis系统在安全可靠、物理隔离的情况下，可以实时高效地传输、融合多源数据及系统，使具有相同底图的多幅地图可以融合到一张地图上展示所有的地图符号与注记。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于公开一种适用于地图符号与注记跨网传输、融合的方法。
10.实现本发明的目的的技术方案是：一种适用于地图符号与注记跨网传输、融合的方法，包括如下步骤：步骤一：在网络环境1-网络环境n中部署多套发送端gis系统。
11.gis系统具有图层控制功能，利用该控制功能控制底图和地图符号与注记图层的打开或关闭。底图是能展示一个区域的地理环境的地图，如遥感影像地图、地形图，地图符号与注记指与某些业务相关的点位、路线、区域地图要素。发送端gis系统里显示要传输的地图符号与注记，数据类型包括点、线、面矢量类型，以及文字要素，该文字要素包括经纬度、方位角和文字注记。
12.网络环境是互联网、保密网、专网、特种网络和无网络。
13.步骤二：在网络环境n 1中部署前端拍摄设备、数据处理设备、数据解密设备和一套融合端gis系统。
14.其中，前端拍摄设备、数据处理设备网络环境是互联网、保密网、专网、特种网络。
15.前端拍摄设备用来拍摄步骤一所述多套发送端gis系统，每个发送端gis系统都有且只有一台前端拍摄设备进行拍摄，且需要将发送端gis系统界面拍摄完整，前端拍摄设备的分辨率越高，画面越清楚，传输后的地图要素越清楚。前端拍摄设备具备实时视频传输功能，将拍摄的画面传输给数据处理设备。
16.其中，融合端gis系统中需要能显示地理底图，且底图的投影方法应与发送端gis系统地图保持一致，投影方法若不同，可通过gis系统调整投影方式。
17.数据解密设备支持将解码地图数据并发送给融合端gis系统。
18.步骤三：在发送端gis系统和融合端gis系统布设控制点。
19.同时打开发送端gis系统和融合端gis系统的底图，利用gis系统自带的绘图功能，标记四个控制点，在顶点旁写下当前控制点的经纬度坐标，经纬度坐标可通过gis系统获取，坐标文字与要传输了地图要素需位于四个点形成的矩形内部，否则无法识别。控制点布设结束后，将发送端gis系统内的底图图层隐藏，系统界面上只展示要传输的社会经济地图
要素、控制矩形、像控点及其坐标数字，矩形和坐标文字的颜色应与背景图像颜色有较大反差。
20.步骤四：数据处理设备接收各前端拍摄设备回传的实时视频，利用图像识别模块识别出地图符号与注记、四个像控点及其坐标，将地图符号与注记转换为坐标数据流格式并发送给数据加密模块。
21.1. 读取视频的每一帧图像，提取控制四个控制点并进行透视变换。
22.先提取屏幕图像，再提取控制点。使用两次矩形提取方法，先将图片阈值化，再对图像、边缘检测、提取轮廓、检测凸包、角点检测获得屏幕四个角的坐标，再通过四个角的位置建立坐标变换矩阵，通过矩阵运算得到最终结果，使要传输的地图要素从倾斜位置翻转到平行位置并铺满每帧图像，以四个控制点为视频帧画面顶点拉伸图像，实现传输要素铺满视频帧画面。
23.2. 识别出控制点旁的经纬度坐标数字，读取数字并将经纬度赋值给对应的控制点。
24.利用ocr文字识别技术，识别控制点右侧小范围文字，将识别出的文字按x、y坐标值赋值给控制点。
25.3. 识别出图像中的社会经济地图要素，将地图要素分为线要素、面要素和文字要素，并分别矢量化。
26.地图上的要素可分为点线面三类，但由于点要素用面状图标表示位置，所以将点要素识别合并到面要素识别中。
27.先识别文字要素，利用ocr文字识别技术，识别除控制点附近小范围文字外的所有文字，记录所有文字的内容。
28.再识别线要素，通过基于图段连通体特征的线符号自动提取方法，从图像像素之间的关联性出发，先对点阵图像进行聚合处，转化成具有矢量图形基本分类特征的图段描述并提取它们之间的拓扑关系，再根据连通体的特征尺寸消除独立点状连通体包括各种不依比例表示的点状符号如房屋、钟楼、坟等，同时提取肯定为线符号的连通体然后对剩下的图进行形状分析，去掉文字信息和面域，最后对图形进行拓扑关系分析，去除具有复杂拓扑关系的连通体，最终得到线符号，完成线符号的提取，但是由于线符号的相交或粘连等因素影响，使得连通体与线符号并非一对一，例如由于线的相交，一个连通体中包含了两条甚至更多线符号，为了避免矢量化过程中相交线的处理，本方法将连通体按节点图段划分成不同的若干曲线段，分别对曲线段进行矢量化，再将连通体按节点图段划分成不同的若干曲线段，分别对曲线段进行矢量化，最后对于曲线段，采用扫描串中心点链的拟合方法，利用分形逐次细分的方法进行矢量化。
29.最后利用栅格转面的方法识别面要素并将面要素矢量化。
30.4. 将当前所有图形从屏幕坐标转换为wgs84坐标已知屏幕的长(a)和高(b)，地理坐标区域的范围(maxlon，minlon，maxlat，minlat)，可计算得：scalex = ((maxlon-minlon)*3600)/a
ꢀ‑‑‑‑
x轴上每像素代表的经度秒数；scaley = ((maxlat-minlat)*3600)/b
ꢀ‑‑‑‑
y轴上每像素代表的纬度秒数；则屏幕坐标转经纬度坐标公式为：
lon=x*scalex/3600 minlon；lat=maxlat-y*scaley/3600。
31.a：屏幕像素长度b：屏幕像素高度；maxlon：地图要素的最大经度minlon：地图要素的最小经度；maxlat：地图要素的最大纬度minlat：地图要素的最小纬度；scalex：x轴上每像素代表的经度秒数scaley：y轴上每像素代表的纬度秒数；lon：地图要素转换后的经度坐标lat：地图要素转换后的纬度坐标；x：地图要素在屏幕坐标系中的x轴坐标值y：地图要素在屏幕坐标系中的y轴坐标值。
32.步骤五：数据加密模块将矢量文件加密后传输给数据解密模块1.设置密钥有一长为k(k》1)的口令字符串mk=m1m2m3……
mk，将该字符串按给定操作映射为(0，1)间的某个实数x0，用x0作为混沌映射的初值。
33.2.形成加密密钥流以密钥x0为初值，对式x
k 1
=μxk(1-xk)进行反复迭代，生成足够长度的随机序列{xk，k=0，1，2，3．
……
}，对随机序列{xk，k=0，1，2，3，
……
}的各个元素xk，从小数点后首位非0数字开始，顺序取9位数字组成一个长整型数据l
dk
，再对这个长整型数据l
dk
进行取模运算，得到一个[0，255]之间的整型数据dk。所有元素处理完后，把所得的整型数据序列{dk，k=1，2，3，
……
}作为加密密钥流。
[0034]
3.文件加密把矢量地图数据文件转变成二进制文件格式，依次取出各字节流{mk，k=0，1，2，3，
……
}与加密密钥流{dk，k=0，1，2，3，
……
}进行“异或”操作，生成乱码形式的密文流{pk，k=0，1，2，3，
……
}，即pk=mk dk，完成整个数据文件的加密。
[0035]
步骤六：数据解密模块解码矢量文件并在融合端gis系统上融合展示所有地图符号与注记图层采取与加密端相反的操作，将密文流{pk，k=0，1，2，3，
……
}与完全相同的解密密钥流{dk，k=0，1，2，3，
……
}执行“异或”运算，恢复出明文流{mk，k=0，1，2,3，
……
}，完成整个数据文件的解密。在融合端gis系统里打开矢量文件，展示解密后的矢量数据，完成地图要素的跨网传输。
[0036]
mk：加密前字节流d
k1
：加密密钥流d
k2
：解密密钥流pk：加密后的密文流k：字节流长度x0、x
k 1
、l
dk
：加密中间结果本发明解决了现有技术中存在问题，实现在保证涉密地图数据及gis系统在安全可靠、物理隔离的情况下，实时高效地传输、融合多源数据及系统，使具有相同底图的多幅地图融合到一张地图上展示所有的地图符号与注记。
[0037]
与现有技术相比，本发明用图像传输识别的方法具有如下有益效果：1、解决了地图符号与注记要素跨网传输问题，即当不同网络中的gis系统使用同一张地理环境底图时，系统将所有地图上的地图符号与注记融合到一张地图上展示，且保持地图不变形、空间位置正确。
[0038]
2、通过拍摄的方式，没有使高密级网络直接与低密级网络直接相连，保证了数据传输的合规性和安全性。
[0039]
3、对识别出的地图要素传输时进行加密处理，确保地图数据传输时的安全性。
附图说明
[0040]
图1为本发明的流程方框图，图2为实施本发明方法的模块方框图，图3为本发明的实施例的系统示意图。
具体实施方式
[0041]
下面结合附图，通过具体实施方式对本发明作进一步说明，以下的实施例或者附图是本发明的一种最佳实施方式，用于说明理解本发明，但不用于限制本发明的范围。
[0042]
结合附图，本发明的使用方法如下：如图1和图2所示，在一次大型活动中，公安部门针对一个地区会部署多套安保防控计划，如警力分布、巡逻路线、封控区域等，这些计划以地图符号与注记的形式进行展示，部分安保计划密级低，在公安网的gis系统中使用；部分安保计划涉及到领导人的行动路线，密级高，只能在无网络的gis系统中使用。在实际应用中，受限于网络问题不能把同一场活动中的所有计划集中到一张图上展示，导致指挥人员需同时关注多个gis系统来了解活动区域周边的安保措施，不仅不便于指挥调度，也造成了信息资源的浪费。本发明针对地图要素不能跨网传输的问题，发明了新的技术方法，具体实施方法如下：步骤一：在网络环境1-网络环境n中部署多套发送端gis系统s1。
[0043]
在公安网中有一套gis系统存储低密级的区域封控位置和道路管制安排地图，在一台单机设备上有一套gis系统存储高密级的领导人到达活动现场的路线图及安保警力分布位置分布地图。这两套gis系统中使用的底图为同一幅遥感影像图，且系统支持显示地图上每个点的经纬度坐标、文字注记信息，支持标绘线要素。
[0044]
步骤二：在网络环境n 1中部署前端拍摄设备、数据处理设备、数据解密设备和一套融合端gis系统s2。
[0045]
为了将公安网和单机设备里gis系统中的区域封控图层、道路管制图层和警力安排图层集中到一台互联网电脑内gis系统中展示，需在互联网部署两套摄像机，分别拍摄公安网和单机设备的gis系统，拍摄时gis系统界面拍摄完整。融合端互联网gis系统与前述两套gis系统中使用的底图为同一幅遥感影像图，且系统支持显示地图上每个点的经纬度坐标、文字注记信息，支持标绘点、线、面要素。
[0046]
步骤三：在发送端gis系统和融合端gis系统布设控制点s4。
[0047]
同时打开公安网和单机设备gis系统的底图，利用gis系统自带的绘图功能，绘制矩形将区域封控、道路管制和警力安排地图要素包含进去，在矩形顶点旁写下当前控制点
的经纬度坐标，坐标文字位于矩形内部。控制点布设结束后，将公安网和单机设备gis系统内的遥感影像图层隐藏，系统界面上只展示要传输的区域封控、道路管制和警力安排、控制矩形、像控点及其坐标。
[0048]
步骤四：数据处理设备接收各前端拍摄设备回传的实时视频，利用图像识别模块识别出地图符号与注记、四个像控点及其坐标，将地图符号与注记转换为坐标数据流格式并发送给数据加密模块s4。
[0049]
1、读取视频的每一帧图像，提取控制矩形的四个角落并进行透视变换。
[0050]
先提取公安网内设备和单机设备的屏幕图像，再提取gis系统中的控制矩形。使用两次矩形提取方法，先将图片阈值化，再对图像、边缘检测、提取轮廓、检测凸包、角点检测获得屏幕四个角的坐标，再通过四个角的位置建立坐标变换矩阵，通过矩阵运算得到最终结果，使图像从倾斜位置翻转到平行位置并铺满每帧图像，此时的控制点为拍摄图像的四个顶点。
[0051]
2、识别出控制点旁的经纬度坐标数字，读取数字并将经纬度赋值给对应的控制点。
[0052]
利用ocr文字识别技术，识别控制点附近小范围文字，将识别出的文字按x、y坐标值赋值给控制点。
[0053]
3、识别出图像中的社会经济地图要素，将地图要素分为线要素、面要素和文字要素，并分别矢量化。
[0054]
先识别文字要素，利用ocr文字识别技术，识别除控制点附近小范围文字外的所有文字，记录所有文字的内容。
[0055]
再识别线要素，通过基于图段连通体特征的线符号自动提取方法，从图像像素之间的关联性出发，先对点阵图像进行聚合处，转化成具有矢量图形基本分类特征的图段描述并提取它们之间的拓扑关系，再根据连通体的特征尺寸消除独立点状连通体包括各种不依比例表示的点状符号如房屋、钟楼、坟等，同时提取肯定为线符号的连通体然后对剩下的图进行形状分析，去掉文字信息和面域，最后对图形进行拓扑关系分析，去除具有复杂拓扑关系的连通体，最终得到线符号，完成线符号的提取，但是由于线符号的相交或粘连等因素影响，使得连通体与线符号并非一对一，例如由于线的相交，一个连通体中包含了两条甚至更多线符号，为了避免矢量化过程中相交线的处理，本方法将连通体按节点图段划分成不同的若干曲线段，分别对曲线段进行矢量化，再将连通体按节点图段划分成不同的若干曲线段，分别对曲线段进行矢量化，最后对于曲线段，采用扫描串中心点链的拟合方法，利用分形逐次细分的方法进行矢量化。
[0056]
最后利用栅格转面的方法识别面要素并将面要素矢量化。
[0057]
4、将当前所有图形从屏幕坐标转换为wgs84坐标已知屏幕的长（a）和高（b），地理坐标区域的范围(maxlon，minlon，maxlat，minlat)，可计算得：scalex = ((maxlon-minlon)*3600)/h
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x轴上每像素代表的经度秒数；scaley = ((maxlat-minlat)*3600)/y
ꢀ‑‑‑‑
y轴上每像素代表的纬度秒数；则屏幕坐标转经纬度坐标公式为：lon = x * scalex/3600 minlon；
lat = maxlat
ꢀ‑ꢀ
y* scaley/3600。
[0058]
步骤五：数据加密模块将矢量文件加密后传输给数据解密模块s51、设置密钥有一长为m(m》1)的口令字符串s = c1c2c3……cm
，将该字符串按给定操作映射为(0，1)间的某个实数x0，用x0作为混沌映射的初值。
[0059]
2、形成加密密钥流以密钥x0为初值，对式x
k 1 = μxk(1
‑ꢀ
xk)进行反复迭代，生成足够长度的随机序列{xk，k=0，1，2，3．
……
}，对随机序列{ xk，k=0，1，2，3，
……
}的各个元素xk，从小数点后首位非0数字开始，顺序取9位数字组成一个长整型数据l
dk
，再对这个长整型数据l
dk
进行取模运算，得到一个[0，255]之间的整型数据dk。所有元素处理完后，把所得的整型数据序列{dk，k=1，2，3，
……
}作为加密密钥流。
[0060]
3、文件加密把矢量地图数据文件转变成二进制文件格式，依次取出各字节流{mk，k=0，1，2，3，
……
}与加密密钥流{dk，k=0，1，2，3，
……
}进行“异或”操作，生成乱码形式的密文流{pk，k =0，1，2，3，
……
}，即pk= mk dk，完成整个数据文件的加密。
[0061]
步骤六：数据解密模块解码矢量文件并在融合端gis系统上融合展示所有地图符号与注记图层s6采取与加密端相反的操作，将密文流{pk，k=0，1，2，3，
……
}与完全相同的解密密钥流{dk，k=0，1，2，3，
……
}执行“异或”运算，恢复出明文流{mk，k=0，1，2,3，
……
}，完成整个数据文件的解密。在融合端gis系统里打开矢量文件，展示解密后的矢量数据，完成地图要素的跨网传输。
[0062]
实验根据本发明的一种适用于地图符号与注记跨网传输、融合的方法，进行了实测实验，表1为本发明的实测实验表，表1：本发明的实测实验表如表1所示，本发明地图更新信息的发送和接收延迟时间为3-7s(秒)。
[0063]
图3为本发明的实施例的系统示意图，如图3所示，实施本发明的系统包括：发送端gis系统、前端拍摄设备、数据处理设备、数据解密设备、融合端gis系统。
[0064]
以上说明是依据发明的构思和工作原理的最佳实施例。上述实施例不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制，依照本发明构思的其他实施方式和实现方式的组合均属
于本发明的保护范围。