Οι Κρίσιμες Υποδομές περιγράφουν το σύνολο φυσικών συστημάτων, περιουσιακών στοιχείων και Κυβερνοσυστημάτων μεγάλης κλίμακας, και παρέχουν τις υπηρεσίες που αποτελούν τη ραχοκοκαλιά για την ευημερία και ασφάλεια των ανθρώπων, των κοινωνιών και των εθνών. Οποιαδήποτε δυσλειτουργία, υποβάθμιση ή καταστροφή τους θα είχε πολύ σοβαρές βιοτικές και οικονομικές συνέπειες. Η προστασία τους αποτελεί πεδίο ζωτικής σημασίας. Διανύοντας τον 21ο αιώνα, όλο και περισσότερες Κρίσιμες Υποδομές διασυνδέονται. Αυτό οδηγεί στη βελτιωμένη απόδοση των συστημάτων τους, αλλά ταυτόχρονα αυξάνει την έκθεσή τους σε επικίνδυνες καταστάσεις και απειλές. Εκτός από τις φυσικές επιθέσεις, οι κακόβουλες οντότητες είναι πλέον σε θέση να ξεκινήσουν εκστρατείες κυβερνοεπιθέσεων που μπορεί να έχουν καταστροφικές συνέπειες στον πραγματικό κόσμο. Η ασφάλεια των Κρίσιμων Υποδομών και των αντίστοιχων Κυβερνοσυστημάτων είναι πιο επιτακτική από ποτέ.Σκοπός αυτής της Διδακτορικής Διατριβής είναι η ανάπτυξη νέων αλγορίθμων και προτύπων υβριδικής προσέγγισης, μέσω των οποίων επιτυγχάνεται η σχεδίαση και υλοποίηση ολοκληρωμένων και καινοτόμων δυναμικών μοντέλων και συστημάτων για την ασφάλεια Κρίσιμων αστικών Υποδομών και των αντίστοιχων Κυβερνοσυστημάτων. Τα υβριδικά αυτά μοντέλα και συστήματα αξιοποιούν αλγορίθμους και τεχνολογίες αιχμής, ένα μεγάλο εύρος στατιστικών εργαλείων και αλγορίθμων ανάλυσης, προσεγγίσεις Τεχνητής Νοημοσύνης και των υποκατηγοριών της, Μηχανική Μάθηση και Βαθιά Μάθηση, καθώς και αλγορίθμους της Ασαφούς Λογικής. Τα εν λόγο μοντέλα και συστήματα έχουν τη δυνατότητα μοντελοποίησης, ανάλυσης, παρακολούθησης και διαχείρισης, μεγάλου εύρους σύνθετων προβλημάτων, καθώς και την ικανότητα να εντοπίσουν και να διαχειριστούν απειλές και τρωτά σημεία στις αντίστοιχες περιπτώσεις. Καθώς το εύρος των Κρίσιμων Υποδομών και των Κυβερνοσυστημάτων είναι αχανές, η εν λόγω Διδακτορική Διατριβή στοχεύει κυρίως στην ασφάλεια συγκεκριμένων δομών σχετικών με τις μεταφορές (π.χ. δρόμοι και γέφυρες), καθώς και στην προστασία των ηλεκτρονικών υπολογιστών και των συσκευών του Διαδικτύου των Πραγμάτων, από φυσικές ή ψηφιακές απειλές. Πιο συγκεκριμένα, στα πλαίσια της διδακτορικής διατριβής, αναπτύχθηκαν, ελέγχθηκαν και δοκιμάστηκαν στην πράξη (με δεδομένα του πραγματικού κόσμου) τέσσερα καινοτόμα, ολοκληρωμένα διακριτά υβριδικά πρότυπα και αντίστοιχα συστήματα, που καλύπτουν τέσσερις διαφορετικές μελέτες περίπτωσης. Η σπονδυλωτή και αρθρωτή δομή τους, τα καθιστά ιδανικά για τη διασύνδεση τους με υπάρχοντα συστήματα, την επέκταση τους ώστε να καλυφθεί ακόμα μεγαλύτερο εύρος αναγκών και προβλημάτων, και την ανεξάρτητη αξιοποίηση των επιμέρους σπονδύλων και υποσυστημάτων τους, ως εργαλεία για την αντιμετώπιση ίδιας ή ακόμα και διαφορετικής φύσης προβλημάτων και προκλήσεων.Η ανάπτυξη τους, διεκπεραιώθηκε αναπτύσσοντας καινοτόμο Λογισμικό στη γλώσσα προγραμματισμού Python και χρησιμοποιώντας τις εφαρμογές που τρέχουν στο ολοκληρωμένο γραφικό περιβάλλον της πλατφόρμας MATLAB. Η ανάπτυξη και εφαρμογή όλων των καινοτόμων αλγορίθμων, μεθοδολογιών, διαδικασιών και προσεγγίσεων, πραγματοποιήθηκε επί το πλείστων από κώδικα που γράφτηκε από την αρχή. Ο τρόπος που γράφτηκαν τα αρχεία κώδικα, προσφέρει δυνατότητες διασύνδεσης με μεγάλο αριθμό συστημάτων και τεχνολογιών, ενώ η πλατφόρμα MATLAB σε συνδυασμό με τη γλώσσα προγραμματισμού Python διευρύνουν εντυπωσιακά το πεδίο εφαρμογής.Τα ευφυή υβριδικά πρότυπα μοντέλα και συστήματα που εισάγονται στη βιβλιογραφία, συμβάλλουν στην ενίσχυση της υπάρχουσας γνώσης με ένα μεγάλο αριθμό επιμέρους καινοτομιών, δημιουργώντας εργαλεία και προσεγγίσεις που συμβάλλουν σημαντικά στην ασφάλεια και στην προστασία των Κρίσιμων Υποδομών και Κυβερνοσυστημάτων. Επιτυγχάνουν πολύ υψηλές αποδόσεις παίζοντας πολύ σημαντικό ρόλο στη λήψη αποφάσεων από αρμόδιους φορείς και οργανισμούς.