Resilient and sustainable smart cities: Cybersecurity, disaster management, and data-driven urban solutions
Dayanıklı ve sürdürülebilir akıllı şehirler: Siber güvenlik, afet yönetimi ve veri odaklı kent çözümleri
- Tez No: 1003584
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞULE GÜNDÜZ ÖGÜDÜCÜ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Küresel düzeyde süregelen şehirleşme eğilimleri, kent yaşamını hem fiziksel hem de dijital boyutlarda daha karmaşık, yoğun ve kırılgan bir yapıya dönüştürmektedir. Artan nüfusla birlikte altyapılar üzerindeki baskı büyümekte; bu da kamu hizmetlerinden ulaşıma, çevresel sürdürülebilirlikten afetlere hazırlığa kadar pek çok alanda yeni çözüm yaklaşımlarını zorunlu kılmaktadır. Geleneksel şehircilik sistemlerinin çevikliğinin ve öngörü gücünün sınırlı kalması, şehirlerin daha veri odaklı, tahmine dayalı ve bütünleşik sistemlerle yönetilmesini zorunlu hale getirmiştir. Bu bağlamda ortaya çıkan akıllı şehir kavramı, fiziksel altyapıların dijital katmanlarla bütünleştirilmesini, farklı kaynaklardan gelen verilerin anlamlandırılmasını ve bu veriler aracılığıyla karar alma süreçlerinin dönüştürülmesini temel alan çok katmanlı bir yaklaşıma dönüşmüştür. Bu tezde, akıllı şehirlerin sistematik olarak modellenmesine imkan tanıyan beş katmanlı mimari yapı esas alınmıştır. Bu yapı, sırasıyla L1:Fiziksel Katman, L2:İletişim Katmanı, L3:Veri Katmanı, L4:Analitik Katman ve L5:Uygulama Katmanı bileşenlerinden oluşmaktadır. Fiziksel Katman; sensörler, IoT cihazları, kameralar ve sayaçlar aracılığıyla çevresel ve operasyonel verilerin toplanmasını sağlar. Bu veriler, İletişim Katmanı üzerinden güvenli ve kesintisiz bir şekilde aktarılır. Ardından, Veri Katmanı çeşitli kaynaklardan gelen bilgileri depolayarak işlenebilir hale getirir ve Analitik Katman bu işlenmiş verilerden anlamlı içgörüler üretir. Nihai çıktılar, Uygulama Katmanı aracılığıyla karar vericilere, vatandaşlara veya otomatik sistemlere ulaştırılır. Bu katmanların tamamına yatay olarak etki eden Çapraz Katman ise, siber güvenlik, afet yönetimi, yönetişim ve mevzuat gibi alanlarda bütüncül denetim ve sürdürülebilirlik sağlar. Tezin temel odak noktası, bu beşli mimaride yer alan L3: Veri Katmanı ve L4:Analitik Katman üzerinde yoğunlaşmaktadır. Tez kapsamında ele alınan tüm akıllı şehir kullanım senaryoları için şehir yaşamındaki belirli bir probleme has geliştirilmiş yapay zeka tabanlı yöntem ile yanıt vermek amaçlanırken, aynı zamanda bu problemler arası etkileşim potansiyeli de göz önünde bulundurulur. Geliştirilen çözümler, çok boyutlu, heterojen ve gerçek zamanlı verilerle çalışmakta; bu verileri işleyerek tahminler ve karar destekleyici içgörüler üretmektedir. Modellerin çoğu ayrıca açık veri kümeleri üzerinde de test edilerek, yeniden üretilebilir yapılar sunulmaktadır. Bazı kullanım senaryolarında doğrudan Çapraz Katmandaki afet ve güvenlik gibi kritik alanlara da katkı sağlanmaktadır. Çalışmanın özgünlüğü yalnızca geliştirilen teknik modellerde değil, aynı zamanda bu modellerin akıllı şehir mimarisindeki yerine dair önerdiği yaklaşımda da ortaya çıkmaktadır. Tüm bu yaklaşımlar, akıllı şehirlerin yalnızca daha bağlantılı değil; aynı zamanda daha dirençli, sürdürülebilir ve öngörülebilir yapılara dönüşmesine katkı sunmayı hedeflemektedir. Tez kapsamında, akıllı şehirlerde karşılaşılan temel sorunlara yönelik beş kullanım senaryosu ele alınmış; her biri için ilgili alandaki özgün gereksinimlere çözüm sunan bireysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Bu senaryolar: Akıllı Şehirlerde Dayanıklılık: Siber Güvenlik Yönetimi, Akıllı Şehirlerde Dayanıklılık: Afet Yönetimi, Hava Kirliliği ve Çevresel Tahminleme, Ulaşım Sistemleri ve Trafik Tahmini, ve Akıllı Turizm ve Talep Tahmini. Akıllı şehirlerde dijital iletişim ağlarının güvenliğini ve dayanıklılığını sağlamak, modern kentsel altyapıların siber tehditlerden korunması açısından kritik öneme sahiptir. Giderek karmaşıklaşan bu ağ yapıları karşısında, geleneksel anomali tespit yöntemleri yetersiz kalmakta; bu nedenle Akıllı Şehirlerde Dayanıklılık: Siber Güvenlik Yönetimi kullanım senaryosunda, akıllı iletişim sistemleri için gelişmiş makine öğrenmesi, derin öğrenme ve çizge sinir ağları temelli çözümler sunulmaktadır. Çalışmada, etiketli veriye ihtiyaç duymadan noktasal, bağlamsal ve kolektif anomalileri tanıyabilen denetimsiz yöntemler, sınırlı etiketli trafik verisini kullanan yarı-denetimli teknikler ve ağ yapısında cihazların birbiriyle ilişkisini dikkate alan çizge tabanlı modeller sunulmuştur. Ayrıca, açıklanabilir yapay zeka yaklaşımları ile çizge model kararlarının yorumlanabilirliği sağlanmış; böylece erken tehdit tespiti, otomatik müdahale ve ağ güvenliği yönetiminde karar destek mekanizmaları güçlendirilmiştir. Bu bütünleşik yapı ile uyarlanabilir ve ölçeklenebilir siber güvenlik stratejilerinin akıllı şehirlerde uygulanabilirliğine katkı sağlanmaktadır. Şehirlerin afet riskine karşı daha hazırlıklı olması hedeflenen Akıllı Şehirlerde Dayanıklılık: Afet Yönetimi kullanım senaryosunda, çok kaynaklı sismik veriler ile fay hattı topolojilerini birleştiren çizge temsiller kullanılmıştır. Fay noktaları arasındaki yapısal ilişkiler, düğüm gömme teknikleri ile modellenmekte ve bu yapı üzerinden deprem büyüklüğü ile zamanının tahmini gerçekleştirilmektedir. Geliştirilen yöntem, erken uyarı sistemlerinin doğruluğunu güçlendirmenin yanı sıra, sismik tehlike altındaki şehirlerde afet dayanıklılığını artıracak altyapı planlaması, acil durum kaynak tahsisi, yapısal sağlık izlemesi ve kentsel dönüşüm stratejileri için karar vericilere veri temelli destek sunabilecektir. Hava Kirliliği ve Çevresel Tahminleme kullanım senaryosunda, zararlı partikül maddelerin yoğunluğunu öngörmek amacıyla şehir trafik yoğunluğu, meteorolojik veriler ve geçmiş hava kirliliği değerleri bir arada kullanılmış; öznitelik çıkarımı için evrişimsel sinir ağları ve zaman serisi modellemek için uzun-kısa süreli bellek ağlarından faydalanan yeni melez bir derin öğrenme mimarisi geliştirilmiştir. Ek olarak esnek bırakma katmanlarıyla zenginleştirilen model, kayan pencere modellemede değişen pencere boyutlarına uyum sağlayarak çeşitli veri kümelerine ve kentsel kirlilik düzeylerine genelleştirilebilirlik sunmaktadır. Elde edilen model trafik yönetim sistemlerine entegre edilerek araç akışının dinamik biçimde düzenlenmesi ve araç emisyonlarının azaltılması desteklenebilecektir, ayrıca kent içinde yeşil altyapıların stratejik biçimde yerleştirilmesine rehberlik edilebilecektir. Kentsel hareketliliği daha verimli ve sürdürülebilir hale getirmeyi amaçlayan Ulaşım Sistemleri ve Trafik Tahmini senaryosunda, trafik tahmininin karmaşık yol yapıları ve hızla değişen trafik koşulları karşısında nasıl geliştirilebileceği ele alınmıştır. Bu amaçla, iki binden fazla sensör noktasını kapsayan, şehir içi ve otoyolları birlikte içeren yeni bir çizge veri kümesi oluşturulmuştur. Çizge tabanlı düğüm gömme yöntemleriyle yol ağı üzerindeki uzamsal ilişkiler modellenmiş, gelişmiş sınıflandırma teknikleriyle trafik yoğunluğu öngörüleri yapılmıştır. Geliştirilen sistem anlık trafik ışığı ayarları, yönlendirme stratejileri ve yoğunluk azaltıcı müdahaleler için karar desteği sağlamaktadır. Ayrıca elde edilen çıktılar; toplu taşıma ağlarının genişletilmesi ve altyapı yatırımlarının yönlendirilmesi gibi planlama süreçlerinde de kullanılabilecektir. Şehirlerin ekonomik sürdürülebilirlik kapasitesine katkı sağlayan Akıllı Turizm ve Talep Tahmini kullanım senaryosu, turistik talep dalgalanmalarının öngörülmesine odaklanmaktadır. Doğru talep tahmini dinamik fiyatlandırma stratejileri, kaynakların verimli tahsisi ve iş gücü planlamasının optimize edilmesi açısından büyük önem taşımaktadır. Bu amaçla, seyrek ve yüksek boyutlu veri kümeleri içinde zaman bağımlılıkları, konaklama yeri benzerlikleri ve öznitelik temsilleri gibi konulara odaklanılmış; dikkat-temelli uzun kısa süreli bellek mimarisi ile gelişmiş bir talep tahmin modeli oluşturulmuştur. Elde edilen tahmin çıktıları ile şehir planlayıcılarına karar desteği sunulabilecek; toplu taşıma hatlarının dinamik biçimde düzenlenmesi, yoğunluk yönetimi stratejilerinin geliştirilmesi ve atık yönetimi verimliliği gibi pek çok hizmet için destek sağlanabilecektir. Bu tez çalışması, yalnızca bireysel kullanım senaryoları için teknik olarak güçlü modeller geliştirmemiş; aynı zamanda bu çözümlerin birbirleriyle nasıl ilişkilendirilebileceğini, ortak veri katmanları üzerinden nasıl bütüncül bir yapıya entegre edilebileceğini de ortaya koymuştur. Geliştirilen sistemlerin yeniden üretilebilirliği, açık kaynaklı olarak sunulmaları ve farklı kullanım alanlarıyla etkileşimli tasarlanmış olmaları, hem akademik katkı hem de pratik fayda açısından değerli bir konumda yer almaktadır. Tezin önerdiği yaklaşımlar, akıllı şehirlerin daha esnek, adaptif ve öngörücü yapılar kurmasına olanak tanımakta; aynı zamanda şehir yönetiminde veriye dayalı karar alma kültürünün kurumsallaşmasını desteklemektedir. Sonuç olarak bu çalışma, siber güvenlikten afet yönetimine, çevreden ulaşıma, turizme kadar pek çok kritik alanda geliştirilen veri odaklı yapay zeka çözümleriyle, akıllı şehirlerin çok boyutlu zorluklara karşı daha hazırlıklı, sürdürülebilir ve dayanıklı hale gelmesini amaçlamaktadır. Tez, sadece günümüzün değil; geleceğin akıllı şehirlerine yönelik olarak da teorik bir altyapı, teknik araçlar ve stratejik bir vizyon sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Rapid urbanization has increased the complexity and fragility of modern cities, demanding more intelligent, data-driven, and resilient infrastructure systems. The concept of smart cities has emerged in response—emphasizing the integration of physical and digital layers, and enabling data-centric governance across sectors such as transportation, environment, disaster preparedness, and cybersecurity. This thesis is grounded in a five-layered smart city architecture, which conceptualizes urban systems across Physical, Communication, Data, Analytics, and Application layers, along with a Cross-Cutting layer. The study concentrates primarily on the Data and Analytics layers, and also incorporates the Cross-Cutting layer in certain use cases, developing artificial intelligence-based solutions to address critical challenges in diverse urban domains. While each solution addresses a distinct problem area individually, the proposed approaches are designed in a modular and generalizable manner, offering strong potential for future integration into more holistic and adaptive smart city systems. Five urban challenges are addressed, each corresponding to a dedicated area: Cybersecurity Management, Disaster Management, Air Pollution Forecasting, Traffic Prediction, and Tourism Demand Forecasting. In the cybersecurity domain, unsupervised, semi-supervised, and graph-based models are developed for anomaly detection for various network circumstances. In disaster management, graph representations of fault networks are used alongside deep learning to improve earthquake magnitude and time predictions. Air quality forecasting combines convolutional neural networks and long short term memory to capture both spatial features and temporal dependencies of pollution patterns. The traffic model leverages a city-scale graph dataset and graph-based embeddings to predict congestion with high accuracy. Lastly, the tourism model applies attention-enhanced deep learning techniques to improve tourism demand forecasts, supporting adaptive urban service management. Beyond their individual contributions, these solutions demonstrate how modular and scalable artificial intelligence frameworks can collectively strengthen urban resilience and sustainability. The thesis presents reproducible models, highlights opportunities for cross-domain integration, and offers a foundation for building smarter and more adaptive urban systems.
Benzer Tezler
- Travmatik erkek paraplojelere yüksek frekanslı TENS
Başlık çevirisi yok
SEMA ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Ortopedi ve TravmatolojiGazi ÜniversitesiKazalarda Acil Yardım ve Rehabilitasyon Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VESİLE SEPİCİ
- Design and implementation of concurrency on IBM PC XT
Başlık çevirisi yok
AHMET ALİ COKER
Yüksek Lisans
İngilizce
1987
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPROF. DR. ZİYA AKTAŞ
- Mimari çevrede değişme sürecinin analizi Ulus-Çankaya aksi (Ankara) üzerinde bir deneme
Başlık çevirisi yok
MUSTAFA KANDİL
Doktora
Türkçe
1987
MimarlıkKaradeniz Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. D. ZAFER ERTÜRK
- Mugani ve morkaraman koyunlarının halı sanayiinde kullanırlık yönünden yapağı özellikleri ve mukayeseleri
Başlık çevirisi yok
ABDULREZZAK HERIS NEZERİ