Su yönetim sistemleri için yapay zeka ve büyük veri destekli su kalitesi izleme ve anomali tespit sistemi
Artifical intelligence and big data supported water quality monitoring and anomaly detection system for water management systems
Yazar: SEDA BALTA KAÇ
Danışman: DOÇ. DR. SÜLEYMAN EKEN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilişim Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control

Özet:
Su kaynakları, artan nüfus, sanayileşme ve kentleşme ile birlikte tarım ve hayvancılık üretiminin genişlemesi sonucu artan su talebi nedeniyle büyük baskı altındadır. Bu durum su kalitesinin korunmasını zorunlu kılmakta ve su sistemlerine yönelik sabotaj ve siber saldırılara karşı koruma ihtiyacını artırmaktadır. Tez, TÜBİTAK tarafından öncelikli alan olarak belirlenen "Su kritik altyapıları" ile ilgili su yönetim sistemlerinin iyileştirilmesine yönelik çalışmalar yaparak ulusal düzeyde katkıda bulunmaktadır.
Sakarya Üniversitesi Kritik Altyapılar Ulusal Test Yatağı Merkezi'nde (CENTER) yürütülen çalışmalar, su yönetim sistemlerinin karşılaştığı zorluklara çözüm getirmeyi amaçlamaktadır. Çalışma, su kalitesini koruma, güvenlik tehditlerine karşı önlemler alma ve yenilikçi teknolojileri entegre etme noktalarına odaklanmaktadır. Bu süreçte, vatandaşların su kalitesi konusundaki geri bildirimleri dikkate alınmakta, katılımcı yönetim anlayışını güçlendirmekte ve halkın su yönetimi süreçlerine dahil olmasını sağlamakta, politik kararların daha geniş bir tabana yayılmasına yardımcı olmaktadır.
Su yönetim sistemleri, çevrimiçi sensörler, kablosuz ağlar ve yapay zeka teknolojileri ile donatılmakta olup, bu gelişmeler yeni güvenlik açıklarını da beraberinde getirmektedir. Anlık su kalitesi izleme ve olası anomalilerin hızlı tespiti, sistemlerin güvenilirliği için kritik öneme sahiptir. Ayrıca, sosyal medya üzerinden yapılan şikayetlerin kamuoyuna yansıması, toplumun su kalitesi konusundaki farkındalığını artırmaktadır. Tezde, sensör hatalarını tespit etmek ve sensörlerin kalan kullanım ömürlerini tahmin etmek için gelişmiş veri analiz yöntemleri kullanılmaktadır. Görüntü tabanlı güvenlik teknolojileri geliştirilerek su yönetim sistemlerinin fiziksel güvenliği artırılmaktadır. Bu çalışma, su yönetimi alanındaki mevcut sorunlara yenilikçi çözümler sunarak, teorik ve pratik uygulamalarda yol gösterici olmaktadır.

Abstract:
Water resources are under significant pressure due to increasing population, rapid industrialization, and urbanization, along with the expansion of agriculture and livestock production, which in turn increases water demand. This situation necessitates the protection of water quality and heightens the need to safeguard water systems against sabotage and cyber attacks. The thesis contributes at a national level by conducting improvement studies on water management systems identified as a priority area by TÜBİTAK titled "Critical Water Infrastructures."
The research conducted at Sakarya University's National Test Bed Center for Critical Infrastructures (CENTER) aims to address the challenges faced by water management systems. The study focuses on preserving water quality, implementing security measures against threats, and integrating innovative technologies. During this process, public feedback on water quality is considered, enhancing participatory management approaches and facilitating public involvement in water management processes, thus helping to disseminate political decisions more broadly.
Water management systems are equipped with online sensors, wireless networks, and artificial intelligence technologies, which also introduce new security vulnerabilities. Real-time monitoring of water quality and the quick detection of potential anomalies are critical for the reliability of these systems. Additionally, the reflection of complaints made via social media increases public awareness about water quality issues. The thesis utilizes advanced data analysis methods to detect sensor errors and predict the remaining lifespan of sensors. Image-based security technologies have been developed to enhance the physical security of water management systems. This work aims to provide innovative solutions to existing problems in water management, serving as a guide for both theoretical and practical applications.