网络空间关键地形建模与可视化表达技术研究

作     者：刘龙辉 

作者单位：战略支援部队信息工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐青

授予年度：2024年

学科分类：081603[工学-地图制图学与地理信息工程] 081802[工学-地球探测与信息技术] 07[理学] 08[工学] 070503[理学-地图学与地理信息系统] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0705[理学-地理学] 0816[工学-测绘科学与技术] 

主      题：网络空间 地形建模 多属性决策 TOPSIS CRITIC RSR 网络空间可视化 隐喻理论 Gosper地图 扩散Cartogram 

摘      要：网络空间是影响国家安全的新疆域。兼顾网络空间与地理空间的联系与区别,研究网络空间信息挖掘与可视化表达技术,对理解海量抽象网络空间数据、管理网络空间资产和维护网络空间安全具有重要意义,已成为测绘与网络安全领域学者共同关注的热点方向。然而,当前网络空间关键地形建模方法精度不高,网络空间可视化方法多以单个“点表达网络空间要素,难以满足日益增长的网络空间数据挖掘与可视分析需求。针对上述问题,本文围绕网络空间关键地形建模与可视化表达展开研究,主要工作及创新点如下: (1)扩展和充实了网络空间地形的概念描述。首先,在明确本文网络空间定义的基础上,总结了网络空间中不同于地理空间的特征;然后类比于地理空间地形和关键地形概念,充实了网络空间地形和关键地形的概念,讨论了网络空间的多层次结构;最后提出了网络空间资产层的概念,总结了网络空间资产层的结构与特征。 (2)针对当前网络空间关键地形建模方法忽略属性相关性和网络攻击任务影响建模精度的问题,提出了距离改进TOPSIS和CRITIC-RSR网络空间关键地形建模方法,并建立了基于ATT&CK框架的网络攻击任务模型,扩展了网络关键地形的动态性。距离改进TOPSIS方法分别用余弦相似性和马哈拉诺比斯距离代替欧氏距离,避免维度偏倚和尺度不统一对建模精度的影响。CRITIC-RSR建模方法基于CRITIC法赋权,既考虑了数据的波动性又兼顾了相关性,完全利用数据自身的客观属性。实验表明,当网络节点的多维属性与脆弱性存在直接相关关系时,余弦相似性改进TOPSIS方法的平均绝对误差降低了30%,建模的精度最高,为91.7%;当网络节点的多维属性与脆弱性存在间接相关关系时,CRITIC-RSR方法的平均绝对误差降低了16%,建模精度最高,为86.6%。 (3)针对当前网络空间可视化方法难以满足日益增长的网络空间可视分析问题,本文提出了网络空间隐喻Gosper地图、地形图和网络空间隐喻Cartogram地图的构建方法。网络空间隐喻Cartogram地图将行政区划面积大小转义为IPV6发展规模大小,既保留了国家在地图中的相对拓扑又有效避免了传统可视化方法中节点重叠显示的问题,为宏观可视分析网络空间发展格局提供有效手段。网络空间隐喻Gosper地图和地形图将用户熟悉的视觉要素如行政区划面积、分界线和地理空间地形转义表达为网络空间节点的分布、拓扑层级范围和脆弱性,融合地理学第一定律和LOD思想,用面域嵌套的方式可视化具有多级拓扑的网络空间节点,将抽象的数据具象化,降低用户的认知和学习成本,有效避免了传统方法中节点重叠显示的问题,为多尺度分析网络空间关键地形提供可视化工具。