dizertační práce

Klasifikace anomálií v průmyslových sítích pomocí hlubokého učení a doplňkových senzorických dat

Text práce 3.4 MB Teze 3.4 MB

Autor práce: Ing. Karel Kuchař, Ph.D.

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: doc. Ing. Radek Fujdiak, Ph.D.

Oponenti: Ing. Tomáš Mácha, Ph.D., doc. Ing. Peter Papcun, Ph.D.

Abstrakt:

Tato práce se zaměřuje na problematiku klasifikace anomálií v průmyslových sítích. V práci jsou anomálie rozřazeny do kategorií na bezpečnostní, provozní a servisní anomálie. Dále je v práci představena metoda klasifikace s využitím pokročilé klasifikace anomálií využívající hluboké neuronové sítě. Tato část slouží pro klasifikaci známých anomálií v dané průmyslové síti, resp. vstupní datové sadě. Dále binární klasifikace je zaměřena na normální provoz s cílem rozpoznávat neznámé anomálie s využitím OneClassSVM. Pro úspěšnou klasifikaci jsou definovány jednotlivé datové zdroje, kde je využíváno i dodatečných senzorických dat. Jedná se o data, která pocházejí z jednotlivých senzorů se zaměřením na komponenty průmyslové sítě. Navržená metoda byla následně validována na vytvořené datové sadě vycházející z definovaných scénářů se zaměřením na jednotlivé kategorie anomálií v průmyslových sítích.

Klíčová slova:

Anomálie, Kategorie anomálií, Klasifikace anomálií, Konvergence, Neuronové sítě, OT, Průmyslové sítě, Strojové učení

Termín obhajoby

02.06.2026

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaPznamka

Průběh obhajoby

Předseda komise prof. Koton uvítal členy komise, oponenty práce a představil uchazeče Ing. Karla Kuchaře, kterému předal slovo. Během prezentace Ing. Kuchař popsal své aktivity a výsledky své vědecko-výzkumné činnosti v oblasti klasifikace anomálií v průmyslových sítích za využití metod strojového učení a hlubokých neuronových sítí s cílem zvyšovat kybernetickou bezpečnost komunikačních průmyslových sítí. Na základě identifikovaných nedostatků byla navržena metoda využívající dodatečných senzorických dat zaměřujících se na analýzu komponent v průmyslové síti. Byla přednesena vyjádření oponentů doc. Papcuna a dr. Máchy vyjádřili ke kvalitě a přínosům práce. Oba hodnotí práci kladně. Následovala diskuze k práci, kdy Ing. Kuchař nejprve reagoval na otázky oponentů. Diskuze pokračovala i s dalšími členy komise a hosty. Ing. Kuchař na položené otázky reagoval vždy velmi pohotově. Po veřejné části následovala neveřejná část, během které komise dále pokračovala v diskuzi a tajně hlasovala. Celková doba obhajoby trvala cca 1 hodinu.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií

Ústav

Ústav telekomunikací

Studijní program

Informační bezpečnost (DKC-IBE)

Složení komise

prof. Ing. Jaroslav Koton, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Jan Jeřábek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Aleš Povalač, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Ptáček, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Peter Papcun, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Mácha, Ph.D. (člen)

Posudek vedoucího
doc. Ing. Radek Fujdiak, Ph.D.

Ing. Karel Kuchař v průběhu doktorského studia jednoznačně prokázal předpoklady pro samostatnou vědeckou a tvůrčí činnost. Zvolil si velmi aktuální a odborně náročné téma klasifikace anomálií v průmyslových sítích, které reaguje na současné výzvy spojené s konvergencí IT a OT infrastruktur a s potřebou odlišovat bezpečnostní, provozní a servisní anomálie. Předložená disertační práce je po odborné i formální stránce na vysoké úrovni. Oceňuji zejména, že autor neomezil řešení na dílčí aplikaci známých metod, ale vytvořil vlastní experimentální testbed, vlastní datovou sadu a navrhl hybridní přístup kombinující hluboké neuronové sítě pro klasifikaci známých anomálií s metodou OneClassSVM pro zachycení anomálií neznámých. Práce je metodicky promyšlená, opřená o rozsáhlou analýzu současného stavu a současně otevřeně reflektuje limity navrženého řešení i směry dalšího výzkumu. Stanovené cíle byly splněny.

Z pohledu školitele velmi kladně hodnotím jeho samostatnost, systematičnost, pracovitost a vysokou míru odpovědnosti. Po celou dobu studia byl mimořádně aktivní nejen ve vlastním výzkumu, ale i v širších aktivitách pracoviště. Výrazně se podílel na reprezentaci ústavu, fakulty i univerzity při odborných, prezentačních a popularizačních aktivitách. Oceňuji také jeho profesionální a etický přístup k vědecké práci, který se promítl jak do zpracování disertace, tak do transparentního a odpovědného nakládání s využitými nástroji a zdroji.

Jeho publikační činnost považuji za výrazně nadstandardní. V práci je doloženo 9 publikací ve vědeckých časopisech s impakt faktorem podle Web of Science a 18 konferenčních publikací indexovaných ve Web of Science/Scopus, vedle toho také více aplikovaných výstupů a rozsáhlé zapojení do projektové činnosti. Velmi pozitivně hodnotím rovněž jeho pedagogické zapojení. Odbornou i osobní úroveň jeho působení dále potvrzuje získání ceny rektora a ceny ministra vnitra ČR. Celkově hodnotím Ing. Karla Kuchaře jako mimořádně kvalitního doktoranda a předloženou disertační práci jednoznačně doporučuji k obhajobě.

Posudek oponenta
Ing. Tomáš Mácha, Ph.D.

viz pdf
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 2,58 MB

Posudek oponenta
doc. Ing. Peter Papcun, Ph.D.

viz pdf
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 193,59 kB

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová