I AE S In t er na t io na l J o urna l o f   Art if icia l In t ellig ence   ( I J - AI )   Vo l.   15 ,   No .   2 A p r il   2 0 2 6 ,   p p .   110 9 ~ 11 20   I SS N:  2 2 5 2 - 8 9 3 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijai.v 15 .i 2 . p p 1 1 0 9 - 11 20          1109     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij a i . ia esco r e. co m   An int ellig ent  a nd  ex pla ina ble  Io T - Edg e - Clo ud  a rchi tect u re f o r   real - time  water  q ua lity mo nitoring       Sa ra   B o uzia ne 1 ,   B a dra dd i ne  Ag ho uta ne 1 ,   Anis s   M o um en 2 ,   Ana s   E l O ua li 3 ,   Ali  E s s a hl a o ui 4   Abdella E l   H m a idi 4   1 I n f o r mat i c a n d   A p p l i c a t i o n s L a b o r a t o r y ,   F a c u l t y   o f   S c i e n c e s,  M o u l a y   I smai l   U n i v e r si t y ,   M e k n e s,  M o r o c c o   2 N a t i o n a l   S c h o o l   o f   A p p l i e d   S c i e n c e s,   I b n   T o f a i l   U n i v e r s i t y ,   K e n i t r a ,   M o r o c c o   3 S c i e n t i f i c   I n st i t u t e ,   M o h a mm e d   V   U n i v e r s i t y ,   R a b a t ,   M o r o c c o   4 D e p a r t me n t   o f   G e o l o g y ,   F a c u l t y   o f   S c i e n c e s,  M o u l a y   I smai l   U n i v e r si t y ,   M e k n e s ,   M o r o c c o       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   5 2 0 2 5   R ev is ed   J an   4 2 0 2 6   Acc ep ted   J an   22 2 0 2 6       Co n ti n u o u a n d   re li a b le  m o n it o rin g   o wa ter  q u a li t y   is  c rit ica fo e a rly   d e tec ti o n   o e n v ir o n m e n tal  d e terio ra ti o n ,   y e c o n v e n t io n a m o n it o r in g   a p p ro a c h e a re   o ften   sl o a n d   lac k   ti m e ly   d a ta  a v a il a b il it y .   Th is  stu d y   p ro p o se a n   i n telli g e n a n d   e x p lain a b le  in tern e o th i n g (I o T) Ed g e Clo u d   a rc h it e c tu re   to   m o n it o wa ter  q u a li ty   in   re a ti m e ,   u sin g   Io se n s in g ,   e d g e - b a se d   a rti ficia in telli g e n c e   (Ed g e   AI),  c lo u d - stre a m   p ro c e ss in g ,   a n d   e x p lain a b le  a rti ficia i n telli g e n c e   (XA I).   Th e   s y ste m   c a lcu late th e   wa ter  q u a li t y   i n d e x   (W QI)   d irec tl y   a t   t h e   e d g e   a n d   p re d icts  i ts  e v o lu t io n   u sin g   a   sta c k in g   e n se m b le  m o d e train e d   o n   p h y sic o c h e m ica m e a su re m e n ts  tak e n   fro m   th e   M o u lo u y a   Riv e Ba si n   i n   M o ro c c o .   An   e x p lain a b i li t y   m o d u le   b a se d   o n   S h a p ley   a d d it i v e   e x p lan a ti o n ( S HA P v a l u e g i v e a   c lea re ima g e   o th e   c o n tri b u ti o n   o f   v a ri o u p a ra m e ters   to   WQI  p re d icti o n s,   p ro v id in g   tran sp a re n c y   o t h e   fe a tu re s,  wh i c h   b u il d s   tru st   in   th e   m o d e l’s  o u tp u t .   T h e   p ro p o se d   a rc h it e c tu re   wa imp l e m e n ted   a a n   e n d - to - e n d   p ro t o ty p e   a n d   v a li d a ted   u sin g   a   sim u latio n - b a se d   e x p e rime n tal  t h a m imic k e d   re a li stic  se n so d y n a m ics   a n d   c o n n e c ti v i ty   in terr u p t io n s.  Th e   e x p e rime n t a re su lt sh o stro n g   p re d ictiv e   p e rfo rm a n c e   (R²   = 0 . 9 4 5 ),   sta b le  sy ste m   o p e ra ti o n s,   a n d   re li a b le  i n terp re tab il it y   h ig h li g h ti n g   th e   p o ten ti a l   o f   t h e   p ro p o se d   a p p ro a c h   f o sc a lab le,  i n telli g e n t ,   a n d   tran s p a re n e n v iro n m e n tal  m o n it o rin g .   K ey w o r d s :   E d g ar tific ial  in tellig en ce   E n s em b le  lear n in g   E n v ir o n m en tal  d ec is io n   s u p p o r t   E x p l a i n a b l e   a r ti f i c i al   i n t el l i g e n c e   I n ter n et  o f   th in g s   R ea l - tim m o n ito r in g     W ater   q u ality   in d ex   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Sar B o u zian e   I n f o r m atics a n d   Ap p licatio n s   L ab o r ato r y ,   Facu lty   o f   Scien c es,  Mo u lay   I s m ail  Un iv er s ity   B P 1 1 2 0 1 ,   Av e n u Z ito u n e,   Me k n es 5 0 0 0 0 ,   M o r o cc o   E m ail:  s a. b o u zian e@ ed u . u m i. ac . m a       1.   I NT RO D UCT I O N   T h d eter io r atin g   co n d itio n   o f   wate r   q u ality   is   o n o f   th m o s cr itical  g lo b al  en v ir o n m en tal   p r o b lem s ,   esp ec ially   in   ar e as  cu r r en tly   f ac ed   with   in c r ea s ed   s tr ess   d u to   u r b an izatio n ,   ag r icu ltu r al   in ten s if icatio n ,   in d u s tr ial  em is s io n s ,   an d   clim ate - in d u ce d   c h an g es  with in   h y d r o lo g ical  c y cles.  C o n v en tio n al   wate r   q u ality   m o n ito r i n g   a n d   co n tr o to o ls ,   in cl u d in g   b u n o lim ited   to   r eg u lar   s am p li n g s   an d   lab o r at o r y   test in g ,   ar co s tly ,   lab o r - in te n s iv e,   an d   p o o r ly   s u ited   f o r   d e tectin g   ab r u p c h an g es  th at  ca n   ad v er s ely   af f ec aq u atic  ec o s y s tem s   an d   h u m a n   h ea lth   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   T h ese  lim itatio n s   h av d r iv en   g r o win g   in te r est  in   au to m atic  o r   in tellig en t m o n ito r i n g   o f   wate r   q u ality   s y s tem s .   Desp ite  r ec en ad v a n ce m en ts   in   en v ir o n m en m o n ito r in g   tech n o lo g ies,  m an y   ex is tin g   s o lu tio n s   r em ain   p r ed o m i n an tly   cl o u d - ce n tr ic,   wh ich   ca n   r esu lt  in   laten cy ,   lim ited   r esp o n s iv en ess ,   an d   r e d u ce d   f u n ctio n ality   u n d er   u n s tab le   co n n ec tiv ity   c o n d itio n s .   T o   ad d r ess   th ese  ch allen g es,   r ec en s tu d ies  h a v e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  15 ,   No .   2 Ap r il   20 26 110 9 - 11 20   1110   ex p lo r ed   th in teg r atio n   o f   in t er n et  o f   th in g s   ( I o T )   s en s o r s ,   ed g co m p u tin g ,   an d   ar tific ial   in tellig en ce   ( AI )   to   s u p p o r s m ar ter   wate r   m an a g em en [ 3 ] ,   [ 4 ] .   Ho we v er ,   s ev er al  lim itatio n s   p er s is t,  in clu d in g   in s u f f icien t   in ter o p er a b ilit y   b etwe en   m o n ito r in g ,   ed g e,   an d   clo u d   lay e r s ,   as  well  as  th lack   o f   ex p lain ab le  ar tific ial  in tellig en ce   ( XAI )   tech n iq u es  to   s u p p o r tr an s p ar e n an d   tr u s two r th y   wate r   q u ality   p r e d ictio n .   On ly   lim ited   n u m b er   o f   s tu d ies  h av s h o wn   th is   co m p r eh en s iv e n d - to - en d   ar c h itectu r es  ca p ab le  o f   r ea l - tim o p er atio n   an d   in ter p r etab ilit y   [ 3 ] ,   [ 5 ] .   I n   th e   Mo u l o u y a   R iv er   B a s in   in   n o r th ea s ter n   Mo r o cc o ,   wate r   q u ality   m o n ito r in g   is   f u r t h er   co m p licated   b y   p r o n o u n ce d   s p atial  an d   tem p o r al  v ar ia b ilit y   in   p h y s ico ch em ical  p a r am eter s   d r iv en   b y   ag r icu ltu r al  r et u r n   f lo ws,  in d u s tr ial  d is ch ar g es,  an d   n atu r a h y d r o lo g ical  cy cles  [ 6 ] .   T o   d ate,   n o   f u n ctio n al   m o n ito r in g   s y s tem   ca p ab le  o f   ea r ly   an o m al y   d etec tio n ,   co n tin u o u s   m o n ito r in g ,   an d   au to m atic  in ter p r etatio n   o f   wate r   q u ality   d ata  h as  b ee n   d ep lo y e d   in   t h is   r eg io n .   Mo r e o v er ,   th e   in teg r atio n   o f   I o T ,   e d g e - b ased   a r tific ial  in tellig en ce   ( E d g e   AI ) ,   an d   e x p lain ab le  m o d elin g   a p p r o ac h es  tailo r ed   to   th s p ec if ic  c h ar ac ter is tics   o f   th Mo u lo u y a   B asin   r em ain s   lar g ely   u n ex p lo r ed .   T o   o v er c o m th ese  is s u es,  th is   wo r k   p r esen ts   h o lis tic  I o T - E d g e - AI - XAI   ar ch itectu r d esig n   f o r   r ea l - tim wate r   q u ality   m o n it o r in g .   T h is   wo r k   e n co m p ass e s   co n tin u o u s   I o T   s en s in g ,   e d g co m p u tatio n s   o f   wate r   q u ality   in d e x   ( W QI ) ,   p r ed ictio n   u s in g   en s em b le   ap p r o ac h es,  clo u d   a n aly tics ,   an d   S h ap ley   a d d itiv e   ex p lan atio n s   ( SHAP ) - b ased   e x p lain ab ilit y   t o   ex p lain   ea c h   p r e d ictio n   r esu lt.  c o m p r e h en s iv en d - to - e n d   p r o to ty p was  d ev elo p ed   u s in g   o p en - s o u r ce   r eso u r ce s   an d   ev alu ated   th r o u g h   s im u latio n ,   en ab lin g   th e   em u latio n   o f   r ea lis tic  s en s o r   b eh av io r ,   co n n ec tiv ity   d is r u p tio n s ,   ed g f allb ac k   m ec h a n is m s ,   an d   r ea l - tim v is u aliza tio n s .   T h n o v elty   o f   th is   r esear ch   is   to   p r o v th at  E d g AI   an d   X AI   ca n   wo r k   h an d - in - h an d   with i n   an   I o T - cl o u d   s y s tem   to   ac co m p lis h   wate r   q u ality   m o n ito r in g   task s   th at  ar b o th   r esil ien t,  tr an s p ar en t,   an d   p er f o r m ed   in   r ea l - tim e.   C o m p ar ed   to   o th er   s tu d ies,  th is   wo r k   is   u n iq u b ec au s it   o f f er s i)   a   f u n ctio n a l   p r o to ty p en v ir o n m en th at  s im u lates  tr u e - to - life   s ettin g ,   ii)  tr ac ea b le  f o r ec ast  en g in th at  is   ca p ab le  o f   p o in tin g   o u wh at  f ac to r s   co n tr ib u te  to   v ar iab ilit y   with in   W QI ,   an d   iii)  v er s atile  s y s tem   d esig n   am en ab le  to   m o r in tr icate   wate r s h ed s   lik th Mo u lo u y B asin .   T h o u tco m es  p r o v th at  th is   wo r k   is   an   im p r o v e m en t   o v er   o t h er   ap p r o ac h es to war d   m ak in g   s m ar t a n d   tr u s tf u m o n ito r in g   s y s tem s .   R ec en r esear ch   in   wate r   r eso u r ce s   m an ag em e n h ig h lig h ts   g r o win g   s h if to war d   in teg r atin g   I o T ,   e d g c o m p u tin g ,   an d   AI   f o r   m o r r esp o n s iv a n d   in t ellig en ass ess m en o f   th wate r   s y s tem .   T h is   co n v er g en ce   m eth o d   aim s   to   o v er co m th ch allen g es  o f   ce n tr alize d   m o n ito r i n g   ar ch itec tu r es  b y   r elo ca tin g   an aly tical  ca p ab ilit ies  clo s er   to   d ata  s o u r ce s .   I th e r eb y   im p r o v es   s y s tem   r ea ctiv ity ,   s ca lab i lity ,   an d   l o n g - te r m   s u s tain ab ilit y   ef f o r ts   [ 1 ] ,   [ 2 ] ,   [ 7 ] .     Go wr et  a l.   [ 1 ]   ex p lain   h o in tellig en wate r   m a n ag e m en s y s tem s   ca n   m o d er n ize  u r b a n   a n d     r u r al  in f r astru ct u r es  b y   in te g r atin g   I o T ,   ed g c o m p u ti n g ,   an d   AI .   T h au th o r s   em p h asize  d ec en tr alize d   d ec is io n - m ak in g   as  k e y   f a cto r   f o r   o p tim izin g   m o n ito r i n g ,   d is tr ib u tio n ,   a n d   q u ality   co n tr o l T h ey   also   id en tify   s o cio - tech n ical  b ar r ier s ,   s u ch   as in ter o p er a b ilit y   an d   p o licy   in teg r atio n .     Als o ,   J in   et  a l.   [ 2 ]   d is cu s s   s m ar wate r   m a n ag em e n in   r elat io n   to   d ig ital   tr an s f o r m atio n ,   wh er th e y   id en tify   f o u r   k e y   p illar s I o T - en ab led   s en s in g ,   d ig ital  twin s   f o r   d y n a m ic  wate r   d is p atch in g ,   in tellig en t   em er g en cy   r esp o n s e,   a n d   co llab o r ativ m an a g em en t.  T h e s ex am p les  illu s tr ate  th at  th er is   g r o win g   in ter est  with in   th is   co m m u n ity   to   lev e r ag c y b er - p h y s ical  ap p r o ac h es  th at  co m b in s en s in g   in f r astru ctu r es   with   d ig ital  twin s .   E d g e   co m p u tin g   p lay s   a   cr u cial  r o le  in   en h an cin g   b a n d wid th   ef f icien cy   an d   r esil ien ce   at   th o p er atio n al  lev el.   Sre ed ev et  a l.   [ 7 ]   p r esen an   ed g e - s u p p o r ted   m o n ito r in g   f r am ew o r k   u s in g   No d e - R E D - b ased   p r ep r o ce s s in g .   T h ey   ac h iev e   s ig n if ican r ed u ctio n s   in   co m m u n icatio n   ( m o r th an   7 0 %)  o v er h ea d   with o u t   d eg r ad in g   aler tin g   ac cu r ac y .   Su ch   lo ca lized   co m p u tin g   s tr ateg ies  ar p ar ticu lar ly   r ele v an f o r   r u r al  an d     b asin - s ca le  m o n ito r in g   co n te x ts   s u ch   as th Mo u lo u y a   R iv er .   K u k ad i y an d   M ev a   [ 3 ]   d es c r i b a   b r o ad   r a n g o f   I o T   ap p l i c a t io n s   w i t h in   s m a r c i t y   w a t er   m a n ag e m en t ,   in c lu d in g   wa t e r   q u a l i ty   m o n i t o r in g ,   l e ak s ,   co n s u m p t i o n   a n a l y t i c s ,   a n d   f lo o d   p r e d ic t i o n .   T h i s   l i t e r a t u r e   r ev i e w   s h o w s   b o th   w h a t   i s   p o s s i b l e   w i th   I o T   o n   a   m a s s   s c a l e   a n d   wh a t   is   n o t ,   p a r t i cu l a r ly   c o n ce r n in g   cy b er s e c u r i t y ,   co m p a t i b i l i ty ,   a n d   e x p e n s e s .   A s   co m p l e m en t a r y   w o r k   to   s u c h   c i ty - c en t r i r e s e a r ch ,   S a th i o   e t   a l [ 4 ]   o f f e r   a   r e a l - t i m e   in d u s t r i a l   w a te r   p o l l u t io n   a s s e s s m en t   s y s t em   i n t eg r a t in g   I o T   t e c h n o l o g y   w i t h   E d g C l o u d   p r o c e s s i n g .   E m p lo y in g   m u l t i p ar a m e t er   p r o b e s   s u ch   as   p H ,   t e m p e r a tu r e ,   t u r b id i t y ,   an d   to t a l   d i s s o l v ed   s o l i d s   ( T D S ) ,   t h e y   s u c c es s f u l l y   d e m o n s t r a te d   p r ec i s e   e v en t   d e t e c t io n   r e g ar d in g   co n t am i n a t io n ,   p r o v in g   th e   e f f e c t i v e n e s s   o f   h y b r i d   E d g C l o u d   ar c h i t e c tu r e   w i th i n   e n v ir o n m en t a l   m o n i to r in g   a p p l i c a t i o n s .   Desp ite  s u ch   b r ea k th r o u g h s ,   th er ex is s o m e   g ap s   t o   f ill.   Mo s av ailab le  s o lu tio n s   ex i s f o r   d ata  ac q u is itio n   an d /o r   v is u aliza ti o n   asp ec ts   b u f ail  to   en co m p ass   ed g an aly tics ,   b ig   d ata  an aly tics ,   an d   XAI   to g eth er .   Fu r th er ,   th ese   wo r k s   d o   n o t   in co r p o r ate   asp ec ts   r elate d   to   m o d el  ex p lain ab ilit y   an d   r et r ain ab ilit y   d u to   v ar y in g   h y d r o l o g ical  co n d itio n s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       A n   in tellig en t a n d   ex p l a in a b le   I o T - E d g e - C lo u d   a r ch itectu r fo r   r ea l - time  w a ter q u a lity    ( S a r a   B o u z ia n e )   1111   2.   P RO P O SE ARCH I T E CT URE   Owin g   to   tech n o lo g ical  an d   m eth o d o l o g ical  g a p s   id en tifie d   b y   s o m r ec en s tu d ies  [ 1 ] ,   [ 2 ] ,   [ 4 ] ,   [ 7 ] th is   p ap er   attem p ts   to   p r esen an   in tellig en an d   ex p la in ab le  s y s tem   ar ch itectu r f o r   co n tin u o u s   an d   in ter p r etab le  wate r   q u ality   ass ess m en t.  T h in v o lv ed   ar ch i tectu r o f   th is   s y s tem   co n s is t s   o f   f i v f u n ctio n a l   lay er s s en s in g ,   E d g AI ,   clo u d   an al y tics ,   ex p lain a b ilit y ,   a n d   ap p licatio n .   E ac h   la y er   w o r k s   in d e p en d e n tly ,   b u th ey   ar in ter c o n n ec te d   v ia  m ess ag q u eu i n g   telem et r y   tr an s p o r p r o to c o ( MQ T T )   [ 2 ] ,   [ 7 ] .   I is   a n   ex ten s io n   to   th p r e v io u s ly   d ev elo p e d   b ig   d ata  s y s tem   b y   au th o r s   f o r   in tellig en m a n ag em en o f   wate r   r eso u r ce s   [ 8 ] ,   in co r p o r atin g   r ea l - tim e,   ed g e - lev el   in tellig en ce ,   an d   in te r p r etab ilit y .   T h is   d esig n   in co r p o r ates   lo laten cy   p r o ce s s in g ,   ad ap tab ilit y   d u r in g   lear n in g   p r o ce s s es,  an d   e x p lain ab ilit y   with in   AI - d r iv en     d ec is io n   s u p p o r t.     2 . 1 .     L a y er   1     t he  s ens ing   la y er   T h s en s in g   lay e r   co m p r is es  d is tr ib u ted   n etwo r k   o f   I o T   d ev ices,  ea ch   o u tf itted   with   s p ec ialized   m u lti - p ar am eter   p r o b es  s p ec if ically   d esig n ed   to   m ea s u r a   d iv er s ar r a y   o f   p h y s ico ch em ical  ch ar ac ter is tics .   T h is   s etu p   f ac ilit ates  d ata  c o llectio n   an d   ea r l y   d etec tio n   o f   co n tam in an ts   [ 9 ] .   Data   t r an s m is s io n   o cc u r s   th r o u g h   v ar io u s   co m m u n icati o n   p r o t o co ls ,   in clu d in g   W i - Fi,   GSM/4 G,   an d   L o R aWA N,   s e lecte d   b ased   o n   th e   g eo g r a p h ic  lo ca tio n   o f   th m o n ito r in g   s tatio n s   [ 9 ] .   T h s en s o r   r ea d in g s   ar en ca p s u lated   i n   lig h tweig h J SON  p ay lo ad s   an d   t r an s m itted   to   a n   MQ T T   b r o k e r ,   f ac ilit atin g   e f f icien d ata  m an ag e m en [ 1 0 ] .   T h is   ar ch itectu r al  lay er   g u ar a n tees  ex ten s iv s p atial  an d   tem p o r al  co v er a g o f   wate r   q u ality   m etr ics,  th u s   estab lis h in g   r o b u s f o u n d atio n   f o r   s u b - s eq u en t a n aly tical  an d   p r e d ictiv en d ea v o r s   [ 1 1 ] .     2 . 2 .     L a y er   2     t he  edg AI la y er   L o w - p o wer   co m p u tin g   u n its   s u ch   as  R asp b er r y   Pi  an d   J etso n   Nan o   p er f o r m   r ea l - tim d ata  p r ep r o ce s s in g   an d   in f er e n ce   a th n etwo r k   ed g [ 1 2 ] .   T o   d ea with   o u tlier s   a n d   m is s in g   v alu es,  i n co m in g   d ata  ar f ilter ed ,   n o r m alize d ,   a n d   v alid ate d   [ 1 3 ] .   T h is   m eth o d   u s es  lig h tweig h en s em b le   lear n in g   m o d els  th a t   h av b ee n   im p r o v ed   b y   m e tah eu r is tic  alg o r ith m s   lik p ar ticle  s war m   o p tim izatio n   ( PS O)   an d   g en etic  alg o r ith m s   ( GA)   to   p r ed ict  t h W QI   in   r ea tim e.   T h s y s tem   r ed u ce s   n etwo r k   tr af f i an d   laten cy   b y   p r o ce s s in g   d ata  at  th ed g la y er ,   p r o v id in g   im m ed iate  f ee d b ac k   ev e n   u n d er   in ter m itten co n n ec tiv ity   [ 1 4 ] E d g d e v ices  also   b u f f er   d ata  d u r in g   o u tag es  an d   au t o m atica lly   s y n ch r o n ize  with   th clo u d   o n ce   co m m u n icatio n   is   r esto r ed   [ 1 5 ] .     2 . 3 .     L a y er   3     t he  clo ud   a na ly t ics la y er   T h clo u d   lay er   ac ts   as  th b ig   d ata  b ac k b o n f o r   lar g e - s ca le  s to r ag e,   p r o ce s s in g ,   an d   m o d el   m an ag em en t.  A p ac h f lu m a n d   Ap ac h s q o o p   in g est  d ata  s tr ea m s   in to   th Had o o p   d is tr ib u ted   f ile  s y s tem   ( HDFS),   en ab lin g   p a r allel  an d   f au lt - t o ler an s to r ag e   [ 1 6 ] .   Ap ac h s p ar k   s tr ea m in g   p er f o r m s   r ea l - tim an aly tics ,   wh ile  Ap ac h h iv p r o v id es  s tr u ctu r ed   q u er y   in ter f ac f o r   d ata  ag g r eg atio n   an d   r etr iev al  [ 1 7 ] T h is   in f r astru ctu r e n ab les  p er io d ic  r etr ain in g   o f   m o d els  to   e n s u r e   th ey   r em ain   ac c u r ate  an d   r elev an t ,   ad ap tin g   to   c h an g i n g   en v ir o n m en tal  co n d itio n s   [ 1 8 ] .   T h r etr ain ed   m o d els  ar e   v ali d ated   an d   s ec u r ely   d ep lo y e d   to   ed g n o d es  u s i n g   API s   o r   m ess ag q u eu e s .   I n   th clo u d   e n v ir o n m en t,  ap p licatio n s   ar e   co n tain er ized   with   Do ck e r   a n d   o r ch estra ted   th r o u g h   K u b er n etes,  allo win g   f o r   elastic  s ca lab ilit y   an d   f a u lt  to ler an ce   ac r o s s   d is tr ib u ted   d e p lo y m en ts   [ 1 8 ] .     2 . 4 .     L a y er   4     t he  ex pla ina bil it y   la y er   T h XAI   lay er   im p r o v es  th e   in ter p r etatio n   a n d   u n d er s tan d i n g   o f   AI   m o d els’  p r ed ictio n s ,   wh ich   is   esp ec ially   cr u cial  in   en v ir o n m en tal  m o n ito r in g   [ 5 ] .   I u tili ze s   alg o r ith m s   s u ch   as  S HAP lo ca in ter p r etab le  m o d el - ag n o s tic  ex p lan atio n s   ( L I ME ) ,   an d   p er m u tatio n   im p o r tan ce   to   d eter m in th in f lu en ce   o f   ea c h   in p u v ar iab le  o n   th e   p r ed icte d   W QI   [ 5 ] ,   [ 1 9 ] .   Featu r attr ib u ti o n   v is u aliza tio n s   illu s tr ate  h o p h y s ico ch em ical   p ar am eter s ,   s u ch   as  elec tr ical  co n d u ctiv ity   ( E C ) ,   d is s o lv ed   o x y g e n   ( DO) ,   an d   am m o n iu m   ( NH 4 ) ,   af f ec th e   m o d el’ s   r esu lts ,   allo win g   en v ir o n m en tal  e x p er ts   to   v alid ate  an d   tr u s t th AI - s u p p o r ted   d ec is io n s   [ 1 9 ] .     2 . 5 .     L a y er   5     t he  a pp lica t io n la y er   T h ap p licatio n   lay er   tr an s f o r m s   an aly tical  r esu lts   an d   ex p lan ato r y   in s ig h ts   in to   ac tio n ab le  in tellig en ce   th r o u g h   in ter ac tiv d ash b o ar d s   [ 2 0 ] .   B y   p r o v i d in g   f ea tu r e - im p o r tan ce   p lo ts   p r o d u ce d   b y   th XAI   lay er ,   s p atial  h ea tm ap s   o f   wa ter - q u ality   in d icat o r s ,   an d   d y n am ic  v is u aliza tio n s   o f   tim e - s er ies  tr en d s ,   th ese  d ash b o ar d s   h elp   id e n tify   p o llu tio n   h o ts p o ts   an d   p r io r ity   in t er v en tio n   zo n es  [ 1 9 ] ,   [ 2 0 ] .   Usi n g   s ec u r web   an d   m o b ile  in ter f ac es,  d ec is io n - m ak er s   m ay   ac ce s s   co m p lete  r e p o r ts   o r   v is u aliza tio n   m o d u les ,   an d   wh en   s p ec if ic  cr iter ia  ar ex ce e d ed ,   r ea l - ti m war n in g s   a r au to m atica lly   g en e r ated   [ 2 0 ] .   T h is   lay er   p r o v id es  m u lti - u s er   ac ce s s ,   in clu d in g   o p er ato r s ,   r e s ea r ch er s ,   an d   r eg u lato r y   a g en cies,  an d   f ac ilit ates  d ata - d r iv e n   d ec is io n - m a k in g   f o r   ad a p tiv an d   s u s tain ab le  wate r   m an ag em e n [ 2 0 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  15 ,   No .   2 Ap r il   20 26 110 9 - 11 20   1112   2 . 6 .     Da t a   f l o a nd   co mm un ica t io n   co m p lete  d ata  f lo ac r o s s   th f iv lay er s   o f   th s u g g este d   ar ch itectu r is   d ep icted   i n   Fig u r 1 .   At   th s en s in g   lay er ,   wh er I o T   d ev ices  co n tin u o u s ly   d etec p h y s ico ch em ical  p ar am eter s   an d   s en d   r ea d in g s   to   MQ T T   b r o k er ,   d ata  ac q u is itio n   s tar ts .   T h e   E d g e   AI   lay er   s u b s cr ib es  to   th ese  d ata   s tr ea m s ,   p er f o r m in g   lo ca l   p r ep r o ce s s in g   an d   n ea r   r ea l - tim in f er e n ce   o f   th W QI .   Pro ce s s ed   d ata  an d   p r ed ictio n   r es u lts   ar tr a n s m itted   to   th clo u d   an aly tics   lay er   v ia  s ec u r MQ T T   o r   h y p er tex t   tr an s f er   p r o to co s ec u r ( HT T PS )   ch an n els  f o r   lar g e - s ca le  ag g r e g atio n ,   m o d e l r etr ain in g ,   a n d   d ata  s to r ag e.           Fig u r 1 .   Data   f l o an d   c o m m u n icatio n   ac r o s s   th f iv lay er s   o f   th p r o p o s ed   i n tellig en t a n d   ex p lai n ab le  ar ch itectu r f o r   r ea l - tim wate r   q u ality   m o n ito r in g       T h ex p lain ab ilit y   l ay er ,   im p l em en ted   as   tr a n s v er s al  clo u d - b ased   m icr o s er v ice,   co n s u m es  m o d el   o u tp u ts   an d   h is to r ical  r ec o r d s   to   co m p u te  i n ter p r etab ilit y   m e tr ics  u s in g   SHAP,  L I ME ,   an d   r elate d   alg o r ith m s .   T h ese  ex p lan ato r y   in s ig h ts   ar th en   in teg r ated   with   an aly ti ca s u m m ar ies  an d   d eliv er ed   to   ap p licatio n   lay er   ( th r o u g h   R E STf u API s   o r   W eb So ck et  co n n ec tio n s )   f o r   v is u aliza tio n ,   aler g en e r atio n ,   a n d   d ec is io n   s u p p o r t.   B id ir ec tio n al  co m m u n icatio n   en s u r es  s y s tem   ad ap ta b ilit y   an d   tr an s p ar e n cy .   Valid ated   m o d els  a n d   co n f ig u r atio n   u p d ates  f lo f r o m   th e   clo u d   to   ed g n o d es,   wh ile  in ter p r etab ilit y   m etr ics  an d   d r if s ig n als  a r r etu r n ed   f r o m   th e x p lain ab ilit y   lay er   to   en h a n ce   m o d el  m o n ito r in g   an d   r etr ain in g .   User   f e ed b ac k   co llected   at   th ap p licatio n   le v el  is   also   r o u ted   b ac k   t o   th a n aly tics   an d   ex p lain ab ilit y   s er v ices  t o   r ef in e   p r e d ictiv p er f o r m an ce   a n d   im p r o v e   s y s tem   r esp o n s iv en ess .   T h is   m o d u lar   an d   f ee d b ac k - d r iv en   co m m u n icatio n   d esig n   g u ar an tees  in te r o p er a b ilit y ,   s c alab ilit y ,   an d   co n tin u o u s   im p r o v em en t   ac r o s s   all  lay e r s ,   en a b lin g   th e   s y s tem   to   ad ap t d y n am ically   to   e v o lv in g   en v ir o n m en tal  co n d itio n s   [ 1 0 ] ,   [ 2 1 ] .     2 . 7 .     Securit y ,   re lia bil it y ,   a n d sca la bil it y   Secu r ity ,   r eliab ilit y ,   an d   s ca lab ilit y   ar co n s id er ed   at  th ar ch itectu r al  d esig n   lev el  in   th e   p r o p o s ed   s y s tem .   Secu r co m m u n icatio n   b etwe en   s y s tem   co m p o n en ts   is   en v is io n ed   th r o u g h   s tan d ar d   e n cr y p tio n   m ec h an is m s   s u ch   as  tr an s p o r t   lay er   s ec u r ity   ( T L S) / s ec u r e   s o ck ets  lay er   ( SS L )   t o   p r o tect  d ata  co n f id en tiality   an d   in te g r ity   d u r in g   tr a n s m is s io n   [ 2 2 ] .   I n   ad d itio n ,   t o k en - b a s ed   au th en ticatio n   an d   r o le - b a s ed   ac ce s s   co n tr o l   ( R B A C )   ar in co r p o r ated   in t o   th s y s tem   d esig n   to   r eg u la te  ac ce s s   to   ed g an d   clo u d   s er v ices  an d   r estrict  in ter ac tio n s   to   au th o r ized   u s er s   an d   d ev ices  [ 2 3 ] .   Fro m   r eliab ilit y   an d   s ca lab ili ty   p er s p ec tiv e,   th e   ar ch itectu r is   d esig n ed   t o   s u p p o r f au lt  to ler a n ce   th r o u g h   m o d u lar   m icr o s er v ices,  r e d u n d a n m ess ag in g   b r o k er s ,   r ep licated   d atab ases ,   an d   f ailo v er   m ec h an is m s   [ 2 4 ] C o n tain er - b ased   d ep l o y m en t   an d   o r ch estra tio n   tech n o lo g ies  ( e. g . ,   Do ck er   a n d   Ku b er n etes)   ar co n s id er ed   to   f ac ilit ate  h o r izo n tal  s ca lin g   an d   f lex ib le  in teg r atio n   o f   n ew  s en s o r s   a n d   an al y tical  co m p o n en ts   as  th s y s tem   ev o lv es  [ 2 5 ] .   I t   s h o u ld   b n o ted   th at   th ese  m ec h an is m s   ar d is cu s s ed   to   d em o n s tr ate  th f ea s ib ili ty   o f   s ec u r e,   r eliab le,   an d   s ca lab le  d ep lo y m en t.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       A n   in tellig en t a n d   ex p l a in a b le   I o T - E d g e - C lo u d   a r ch itectu r fo r   r ea l - time  w a ter q u a lity    ( S a r a   B o u z ia n e )   1113   3.   I M P L E M E NT A T I O A ND  SI M UL A T I O N   3 . 1 .     E x perim ent a l set up   T o   v alid ate  th p r o p o s ed   i n tellig en an d   e x p lain ab le  a r ch itectu r f o r   r ea l - tim wa ter   q u ality   ass es s m en t,  co m p lete  p r o to ty p was  d ep lo y ed   lo ca lly   u s in g   o p en - s o u r ce   tech n o lo g ies.  T h ex p er im e n tal   en v ir o n m en was  im p lem en te d   o n   m ac OS  wo r k s tatio n   ( I n tel  C o r i5 ,   8   GB   R AM )   r u n n in g   Py th o n   3 . 1 1 ,   No d e - R E v 3 . 1 ,   an d   th E cli p s Mo s q u itto   2 . 0   MQ T T   b r o k er .   T h e   p r o t o ty p r ep r o d u ce s   th f iv lay er s   o f   th p r o p o s ed   s y s tem s en s in g ,   ed g e   in tellig en ce ,   clo u d   a n al y tics ,   ex p lain ab ilit y ,   an d   v is u aliza tio n .   E ac h   lay er   was  f u n ctio n ally   m a p p ed   to   a   lig h tweig h im p lem e n tatio n   co m p o n en t,  allo win g   co m p lete  em u latio n   o f   th e   en d - to - e n d   wo r k f lo w.   T ab le  1   s u m m ar izes  th co r r esp o n d en ce   b etwe en   ea c h   ar c h itectu r al  lay er   an d   its   im p lem en tatio n   co m p o n en ts ,   d etailin g   ea ch   ar c h itectu r al  lay er ,   its   f u n ctio n al  r o le  in   t h s y s tem ,   an d   th e   co r r esp o n d in g   tec h n o lo g ies u s ed   in   th s im u latio n .   Fig u r 2   illu s tr ates  th s im u latio n - b ased   ex p er im en tal  s etu p   o f   th p r o p o s ed   I o T E d g e C lo u d   ar ch itectu r f o r   wate r   q u ality   m o n ito r in g ,   co v e r in g   d ata  p r ep r o ce s s in g ,   W QI   c o m p u tatio n ,   m o d el  tr ai n in g ,   s en s o r   d ata  s im u latio n ,   ed g in f er en ce ,   e x p lain ab ilit y ,   an d   v is u aliza tio n .   T h s y s tem   is   ev alu ated   th r o u g h   s o f twar e - b ased   s im u latio n   to   e n s u r r e p r o d u cib ilit y .   As  co m p lem en t,  all   s cr ip ts   an d   co n f ig u r atio n   f iles   u s ed   to   im p lem en th is   m eth o d o lo g y   ar p u b licly   av ailab le  at  h ttp s ://g ith u b . co m /s ab o u zian e - co d er /water - q u ality - io t - ed g e - x ai,   allo win g   in d ep en d en t v er if icatio n   o f   t h ex p er i m en tal  wo r k f l o w.       T ab le  1 .   I m p lem en tatio n   m ap p in g   o f   th p r o p o s ed   ar ch itect u r e   La y e r   I mp l e me n t a t i o n   c o m p o n e n t   M a i n   t e c h n o l o g i e s   S e n s i n g   P y t h o n   s e n so r   s i m u l a t o r   ( se n so r _ si m. p y )   P a h o - M Q T T ,   J S O N   t e l e m e t r y   Ed g e   A I   Ed g e   i n f e r e n c e   ser v i c e   ( e d g e _ i n f e r e n c e . p y )   s c i k i t - l e a r n   e n s e m b l e   ( R F   +   X G B o o s t   e x t r a   t r e e s ) ,   w e i g h t e d   W Q I   f o r m u l a   C l o u d   s t r e a m   M Q TT  b r o k e r   a n d   N o d e - R ED   r u n t i m e   M o s q u i t t o   Q o S   1 ,   b u f f e r e d   p u b l i s h i n g   Ex p l a i n a b i l i t y   F l a s k   mi c r o s e r v i c e   ( x a i _ ser v i c e . p y )   S H A P   ( Tr e e E x p l a i n e r   /   s i m u l a t e d   i m p a c t s )   V i su a l i z a t i o n   N o d e - R ED   d a s h b o a r d   R e a l   v s   p r e d i c t e d   W Q I   c h a r t ,   g a u g e   ( M o r o c c a n   s t a n d a r d s ) ,   S H A P   t a b l e           Fig u r 2 .   Simu latio n - b ased   ex p er im en tal  wo r k f lo o f   th p r o p o s ed   in tellig en I o T E d g e C lo u d   s y s tem   f o r   wate r   q u ality   m o n ito r in g       Fig u r 3   p r esen ts   th g lo b al   No d e - R E f lo w   r esp o n s ib le   f o r   o r ch estra tin g   th e   d ata  i n g e s tio n ,   ed g e   p r ed ictio n s ,   ex p lain a b ilit y   r e q u ests ,   an d   d ash b o ar d   v is u a lizatio n .   T h is   d iag r am   illu s tr ates  th r ea l - tim e   in ter ac tio n s   b etwe en   MQ T T   to p ics,  in f er en ce   f o r m attin g   n o d es,  XAI   m icr o s er v ice  ca lls ,   an d   v is u aliza tio n   wid g ets .   I t   co n f ir m s   th o p e r atio n al  in teg r atio n   o f   all  lay e r s .           Fig u r 3 .   Glo b al  No d e - R E f l o im p lem en tin g   th r ea l - tim o r ch estra tio n   b etwe en   s en s in g ,   ed g e   in f er e n ce ,   ex p lain ab ilit y ,   an d   d ash b o ar d   v is u aliza tio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  15 ,   No .   2 Ap r il   20 26 110 9 - 11 20   1114   T h s en s in g   an d   ed g lay er s   wer im p lem en ted   in   Py th o n No d e - R E p r o v id e d   th r u n tim e   en v ir o n m en f o r   m ess ag r o u tin g ,   in teg r atio n   lo g ic,   an d   g r ap h ical  m o n it o r in g .   T h is   m o d u lar   s etu p   en a b led   r ea l - tim v alid atio n   o f   d ata  a cq u is itio n ,   W QI   co m p u tatio n ,   m ac h in e - lear n in g   in f er e n ce ,   an d   ex p lain ab ilit y   in teg r atio n   with in   u n if ied   ex ec u tio n   p ip elin e .     3 . 2 .     Da t a s et   a nd   mo del t ra i nin g   T h d ataset  u s ed   in   th is   s tu d y   was  co llected   f r o m   f ield   s am p lin g   ca m p aig n s   co n d u cted   at  2 2   m o n ito r in g   s tatio n s   ac r o s s   th Mo u lo u y R iv er   B asin   in   n o r th ea s ter n   Mo r o cc o   [ 6 ] .   I n   to tal,   6 6   s am p les  o f   th r ee   h y d r o lo g ical  p er io d s   ( Ma r ch Ap r il,  Ma y J u n e,   a n d   J u ly Au g u s 2 0 1 4 )   wer co llected   o v er   r ep r esen tativ s ea s o n al  tr an s itio n s .   T h p h y s ico ch em ical  p ar am eter s   an aly ze d   in cl u d ed   wate r   tem p er atu r e     (T   °C ) ,   p H,   E C ,   D O,   b io ch em ical  o x y g en   d e m an d   ( B OD 5 ) ,   o r th o p h o s p h ates  ( PO 4 ) ,   NH 4 ,   s u lf ate  ( SO 4 ) ,   an d   n itra te  ( NO 3 [ 6 ] .   Alth o u g h   th d ataset  s ize  is   lim ited ,   it  r ef lects  r ea lis tic  co n s tr ain ts   co m m o n ly   e n co u n ter e d   in   r iv er   b asin   m o n ito r in g ,   wh er f ield   s am p lin g   c am p aig n s   ar o f te n   co s tly   a n d   lo g is tically   d em a n d in g .   T h e   in clu s io n   o f   m u ltip le  m o n ito r i n g   s tatio n s   an d   d is tin ct  h y d r o lo g ical  p er io d s   en s u r es  b o th   s p atial  an d   s ea s o n al   r ep r esen tativ en ess   [ 6 ] .   An   o v er v iew  o f   th v ar iab ilit y   o b s er v ed   ac r o s s   th p h y s ico ch e m ical  p ar am eter s   is   p r o v id e d   in   T a b le  2 ,   w h ich   s u m m ar izes th eir   m in im u m ,   m a x im u m ,   m ea n ,   an d   q u ar tile v al u es.       T ab le  2 .   Descr ip tiv s tatis tics   o f   m ea s u r ed   p h y s ico ch em ical  p ar am eter s   u s ed   f o r   W QI   m o d elin g   ( n   = 6 6 )   S t a t i st i c   ( ° C )   pH   EC   ( µ S / c m)   D O   ( mg / L)   B O D ₅ (m g / L)   P O ₄ (m g / L)   N H ₄ (m g / L)   S O ₄ (m g / L)   N O ₃ (m g / L)   C o u n t   66   66   66   66   66   66   66   66   66   M e a n   2 0 . 3 4   7 . 4 2   1 1 8 0 . 0 9   7 . 0 0   5 . 8 6   0 . 6 7   0 . 3 6   1 8 2 . 3 8   1 4 . 5 8   S t d   4 . 8 9   0 . 4 3   6 1 0 . 5 9   1 . 5 2   7 . 0 7   0 . 8 2   0 . 8 7   1 3 6 . 0 1   2 3 . 8 8   M i n   1 1 . 1 0   6 . 1 2   4 1 3 . 0 0   1 . 0 1   0 . 3 5   0 . 0 1   0 . 0 1   2 7 . 0 0   1 . 1 2   2 5 %   1 5 . 7 0   7 . 1 1   5 2 8 . 5 0   6 . 4 8   1 . 9 0   0 . 0 2   0 . 0 2   5 5 . 0 0   2 . 7 6   5 0 %   2 1 . 3 0   7 . 4 0   1 2 6 0 . 0 0   7 . 2 1   3 . 4 3   0 . 1 7   0 . 0 4   1 4 4 . 5 0   5 . 8 5   7 5 %   2 4 . 8 8   7 . 7 4   1 7 0 6 . 7 5   7 . 9 0   7 . 2 9   1 . 0 9   0 . 1 0   3 0 7 . 5 0   1 0 . 4 6   M a x   2 8 . 6 0   8 . 9 0   2 2 4 9 . 0 0   9 . 8 0   3 9 . 5 5   2 . 7 9   4 . 0 7   4 9 5 . 0 0   1 0 2 . 9 5       T h d ata  s et  was  s u b jecte d   to   s y s tem atic  p r ep r o ce s s in g   p h ase;   th q u ality   o f   th d ata  wa s   en s u r ed   b y   a   s tep - by - s tep   p r o ce d u r b ef o r e   m o d el   b u ild   p r o ce s s .   No   m is s in g   v alu es  wer e   d ete cted   in   th e   d ataset;  h o wev er ,   it  was  n ec ess ar y   to   r eo r g a n ize  th d ata  in   o r d er   to   s tan d ar d ize  f ea tu r alig n m en an d   p a r am eter   n am in g .   Me asu r em en s ca les  wer n o r m alize d   u s in g   s tan d a r d   f ea tu r s ca lin g   to   en s u r co m p ar ab le  p ar am ete r   r an g es  an d   s tab le  m o d el  tr ai n in g .   W s p lit  th clea n ed   d ataset  in to   o n s et  ( 7 0 %)  f o r   tr ain in g   an d   o n s et  f o r   test in g   ( 3 0 %)  to   f ac ilit ate  m o d el  tr ain in g ,   v alid atio n   an d   p er f o r m an ce   esti m atio n .     Mo d el  lear n i n g   was  co n d u ct ed   o n   a   s tack in g   en s em b le   l ea r n in g   ap p r o ac h   th at   u s es  t h r ee   b ase   r eg r ess o r s r an d o m   f o r est  ( R F),   XGB o o s t ,   an d   a d ap tiv b o o s tin g   ( Ad aBo o s t) .   T h is   ap p r o a ch   was  ch o s en   d u e   to   its   ab ilit y   to   m o d el  co m p lex   an d   n o n lin ea r   r elatio n s h ip s   th at  co m m o n ly   ch ar ac t er ize  en v ir o n m e n tal  d atasets .   Pre v io u s   s tu d ies  h av s h o wn   th at  e n s em b le  s tr ateg ies  o u tp er f o r m   s in g le  m o d els  b y   lev er a g in g   t h e   co m p lem en tar y   s tr en g th s   o f   d iv er s lear n er s   an d   m itig ati n g   th eir   in d iv i d u al  b iases   [ 2 0 ] ,   [ 2 6 ] .   r id g e   r eg r ess io n   m o d el  was  em p lo y ed   as  th m eta - lear n er   to   co m b in b ase  m o d el  p r ed i ctio n s   an d   en h an ce   g en er aliza tio n .   Hy p er p ar a m e ter s   f o r   ea ch   lear n er   wer o p tim ized   u s in g   g r i d - b as ed   s ea r ch   with in     cr o s s - v alid atio n   lo o p s .   T o   ass ess   m o d el  r o b u s tn ess   an d   g en e r aliza tio n ,   5 - f o ld   c r o s s - v alid atio n   was  co n d u cte d .   T h tr ain in g   an d   h y p er p ar a m eter   o p tim iz atio n   wer co n d u cted   in   Py th o n   with   s cik it - lear n   f r am e wo r k .   Fin ally ,   we   s er ialized   th f in al  o p tim ized   en s em b le  m o d el  to   m o d el. p k l   an d   s er v ed   at  p r o t o ty p ed g e   lay er   f o r   r ea l - tim e   p r ed ictio n   o f   W QI   f r o m   liv e   s en s o r   d ata   s tr ea m s .   Fo r   o p er atio n al  d e p lo y m e n t,  th e   tr a in ed   m o d el  ca n   b e   p er io d ically   r etr ain ed   as  n ew  s en s o r   d ata  b ec o m a v ailab le.   R etr ain in g   m ay   b s ch ed u led   s ea s o n ally   o r   tr ig g er ed   b y   p er f o r m an ce   d eg r ad atio n ,   allo win g   th s y s tem   to   ad ap to   lo n g - ter m   e n v ir o n m en tal  ch an g es  a n d   p o ten tial d ata  d r i f t.     3 . 3 .     M o del per f o rma nce  ev a lua t io n   T h is   r esear ch   u s ed   t h h eld - o u test   s et  ( 3 0 o f   th e   d ataset )   as  a   test   s et  to   ev alu ate   th p r ed ictiv e   p er f o r m an ce   o f   th tr ain e d   m o d els.  T h ass ess m en f o cu s ed   o n   th r ee   k ey   m etr ics:   th r o o m ea n   s q u ar e r r o r   ( R MSE ) ,   th m ea n   ab s o lu te   e r r o r   ( MA E ) ,   a n d   th c o ef f icie n o f   d eter m in atio n   ( ) .   T h e   s tack in g   en s em b le  ac h iev ed   a   h i g h   R ²  ( 0 . 9 4 5 ) ,   i n d icatin g   t h at  m o r t h an   9 4 %   o f   th v ar ian ce   in   th W QI   i s   ex p lain ed   b y   th e   m o d el.   T h l o R MSE   ( 0 . 1 1 4 9 )   an d   MA E   ( 0 . 0 8 2 )   v alu es  r ef lect  m in im al  d ev iatio n   b et wee n   o b s er v ed   a n d   p r ed icted   W QI   v alu es.  C r o s s - v alid atio n   r esu lts   ( 0 . 9 0 1 ± 0 . 1 2 9 )   f u r th er   co n f ir m e d   s tab le  p er f o r m a n ce   ac r o s s   f o ld s .   T h e   h ig h e r   v a r ian ce   r ef lects  th lim ited   d ataset  s ize  ( =6 6 ) ,   k n o wn   c o n s tr ain i n   f ield - b ased   wate r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       A n   in tellig en t a n d   ex p l a in a b le   I o T - E d g e - C lo u d   a r ch itectu r fo r   r ea l - time  w a ter q u a lity    ( S a r a   B o u z ia n e )   1115   q u ality   m o n ito r i n g .   T h ese  f in d in g s   d em o n s tr ate  th s u itab ilit y   o f   th p r o p o s ed   en s em b le  m o d el  f o r     ed g e - lev el,   r ea l - tim wate r   q u ality   m o n ito r in g .     3 . 4 .     Weig hte wa t er   qu a lity   ind ex   co m pu t a t io n   T h W QI   was  ca lcu lated   u s i n g   th weig h ted   ar ith m etic  m eth o d .   E ac h   p h y s ico ch e m ical  p ar am eter   was  ass ig n ed   weig h t   ( W i)   r an g in g   f r o m   1   t o   5   ac co r d i n g   to   its   r elativ im p o r ta n ce   in   ass ess in g   wate r   q u ality   [ 2 7 ] .   Fo r   ea ch   p ar am eter ,   q u ality   r atin g   ( Qi)   wa s   d er iv ed   f r o m   th e   r atio   b et wee n   th m ea s u r ed   co n ce n tr atio n   ( C i)   an d   t h co r r esp o n d in g   s tan d ar d   lim it ( Si),   u s in g   ( 1 ) .       = ( ) × 100   ( 1 )     T h o v e r all  W QI   was c o m p u t ed   as th weig h ted   m ea n   o f   all  s u b - in d ices,  u s in g   ( 2 ) .     W Q I = = 1 = 1   ( 2 )     I n   th is   s tu d y ,   T DS  wer ca lc u lated   f r o m   E C   an d   in c o r p o r ated   in to   t h W QI   co m p u tati o n ,   u s in g   ( 3 ) .   T h is   in clu s io n   p r o v id es  m o r c o m p r eh e n s iv ass ess m en o f   m in er aliza tio n   a n d   s alin ity ,   wh ich   ar e   cr itical   in d icato r s   o f   wate r   q u ality   in   t h Mo u lo u y B asin .     TDS = 0 . 64 ×    ( 3 )     T h co m p u ted   W QI   v alu es  wer in ter p r eted   ac c o r d in g   to   th class if icatio n   p r o p o s ed   [ 2 7 ]   wh er lo wer   v alu es  d en o te  b etter   wate r   q u ality   co n d itio n s .   T h ad o p te d   class es  ar e:  ex ce llen ( W QI   <2 5 ) ,   g o o d   ( 2 5   W QI   <5 0 ) ,   m o d er ate  ( 5 0   W QI   <7 5 ) ,   p o o r   ( 7 5   W QI   <1 0 0 ) ,   an d   v er y   p o o r   ( W QI   1 0 0 ) .   T h ese   W QI   v alu es  p r o v id s tan d a r d ized   s y n th esis   o f   th m ea s u r ed   p h y s ico c h em ical  d ata,   allo win g   co m p a r is o n   ac r o s s   s tatio n s   an d   s am p lin g   p er io d s .   T h ey   also   s er v as  q u a n titativ r ef er en ce   tar g ets  f o r   m o d el  tr ain in g   a n d   f o r   v alid atin g   th p r ed ictiv p er f o r m a n ce   o f   th ed g d ep l o y ed   en s em b le  m o d el.     3 . 5 .     Sim ula t i o n pro ce du re   T h s en s in g   lay e r   was  em u l ated   th r o u g h   Py th o n   b ased   s im u lato r   th at  c o n tin u o u s ly   p u b lis h ed   r ea lis tic  wate r   q u ality   r ea d in g s   ( p H,   E C ,   DO,   B OD 5 ,   PO 4 ,   NH 4 ,   SO 4 ,   NO 3 ,   an d   T   °C )   to   th MQ T T   to p ic  m o u lo u y a/sen s o r s   at  th r ee - s ec o n d   i n ter v als.  T h E d g AI   s e r v ice  s u b s cr ib e d   to   th is   to p ic   a n d   co m p u te d   a   r ea tim W QI   b ased   o n   t h weig h ted   ag g r e g atio n   o f   all  p ar am et er s ,   wh ile  s im u ltan eo u s ly   g e n er atin g   p r ed icted   W QI   u s in g   th tr ain ed   e n s em b le  m o d el  ( m o d el. p k l) .   T h r esu ltin g   d ata  s tr ea m   was  p u b lis h ed   to   th to p i c   m o u lo u y a/p r ed ictio n s ,   wh ich   f ed   th n ode - R E d ash b o a r d   f o r   r ea l - tim m o n ito r in g   an d   an aly s is .   T h d ash b o ar d   d is p lay ed   b o th   th co m p u ted   ( r ea l)   a n d   m o d el - esti m ated   ( p r ed icted )   W QI   v alu es   o v er   tim e.   d u al - s er ies  g r ap h   en ab led   d ir ec c o m p ar is o n   b e twee n   th two   o u tp u ts ,   allo wi n g   v alid atio n   o f   th e   r esp o n s iv en ess   an d   th c o n s is ten cy   o f   t h m o d el  u n d e r   co n t in u o u s   d ata  f l o w.   Fig u r 4   p r esen ts   th tem p o r al   ev o lu tio n   o f   th e   r ea v er s u s   p r ed icted   W QI   d u r in g   th s im u l atio n .   T h is   f ig u r illu s tr ates  th m o d el’ s   r ea l - tim e   p r ed ictiv p e r f o r m an ce   an d   its   ab ilit y   to   tr ac k   s h o r t - ter m   W QI   f lu ctu atio n s           Fig u r 4 .   T e m p o r al  e v o lu tio n   o f   o b s er v ed   an d   p r e d icted   W QI   v alu es d u r in g   th e   s im u latio n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  15 ,   No .   2 Ap r il   20 26 110 9 - 11 20   1116   W h en   th s en s o r   s tr ea m   w as  in ten tio n ally   in ter r u p ted ,   th ed g n o d e   d etec ted   th e   in ac tiv ity     ( 1 5   s   tim eo u t)   an d   au to m atica lly   s witch ed   to   p r ed ictio n - o n ly   m o d e .   T h is   en s u r ed   u n i n ter r u p te d   o p e r atio n   d esp ite  th ab s en ce   o f   n ew  s en s o r   d ata.   E ac h   en r ic h ed   m ess ag also   tr ig g er ed   an   HT T POST  r eq u est  to   th ex p lain ab ilit y   m icr o s er v ice  ( x ai_ s er v ice. p y ) ,   wh ich   r etu r n ed   f ea tu r e - lev el  SHAP  v alu es  q u an tify in g   th e   co n tr ib u tio n   o f   ea ch   in p u t p ar am eter   to   th p r ed icted   W QI .     3 . 6 .     E x pla ina bil it y   inte g ra t i o n   I n   o r d er   to   im p r o v th e   tr an s p ar en cy   o f   th e   m o d el  d ec is io n - m ak in g   m ec h an is m ,   we  h av e   in co r p o r ated   th e   ex p lain a b ilit y   lay er   to   th is   s y s tem .   Fo r   ev er y   n ew  p r e d ictio n ,   th e   XAI   m icr o s er v ice  is   g r an ted   t h en tire   f ea tu r v ec to r   f r o m   th e d g lay e r   as  in p u t,  an d   co m p u tes  SHAP  v alu es,  r ef lectin g   th e   co n tr ib u tio n   m ag n itu d o f   ea ch   in p u p ar am eter   to   th p r e d icted   W QI .   T h r esu ltan ex p lan atio n s   ar also   s en to   th No d e - R E d ash b o ar d ,   w h ich   d is p lay s   th em   as   d y n am ically   u p d ated   f ea tu r e - im p ac tab le   to   s h o u s er s   in   r ea tim wh ich   f ea tu r es  ar co n t r ib u tin g   t o   W QI   ch an g es.  Fig u r 5   d em o n s tr ates,  f o r   g iv e n   p r ed ictio n ,   v is u aliza tio n   o f   th g en er ated   d y n a m ic  o f   th e   r ea l - tim f ea tu r e - im p ac tab le  in   th s im u lated   d esig n ,   h ig h lig h tin g   th r elativ co n tr i b u tio n   o f   ea ch   p h y s i co ch em ical  p a r am eter   to   W QI   p r e d ictio n .   T h is   in teg r atio n   en ab les  d o m ain   ex p er ts   to   ass ess   wh eth er   th m o d el’ s   r ea s o n in g   is   co n s is ten with   k n o wn   p h y s ico ch em ical  r elatio n s h ip s   g o v er n in g   wate r   q u ality   v ar ia tio n s   in   th Mo u l o u y R iv er   B asin .           Fig u r 5 .   SHAP - b ased   f ea tu r e   im p ac t ta b le  f o r   r e p r esen tativ W QI   p r ed ictio n       3 . 7 .     Da s hb o a rd  a nd   v is ua liza t io n   lig h tweig h v is u aliza tio n   lay er   was  im p lem en ted   u s in g   th No d e - R E d ash b o a r d   t o   s u p p o r t   m o n ito r in g   an d   d ec is io n   m a k in g .   T h d ash b o ar d   p r o v id e s   th r ee   co m p lem en tar y   v iew s i)   W QI   g au g e   o f f er in g   an   im m e d iate  in ter p r etatio n   o f   wate r   q u ality   s tatu s ,   ii)  tim e - s er ies  p lo co m p ar in g   o b s er v ed   an d   p r ed icted   W QI   v alu es,  an d   iii)  f ea tu r e - im p ac v is u aliza tio n   ( tab le  an d   b ar   c h ar t)   h i g h lig h tin g   th m o s in f lu en tial  p ar am eter s   d r i v in g   m o d el  p r e d ictio n s .   T h ese  co m p o n e n ts   ca n   b cu s to m ized   to   th o p er atio n al  n ee d s   o f   en v ir o n m en tal  a g en c ies,  allo win g   u s er s   to   tr ac k   p o llu tan f lu ct u atio n s ,   v er if y   m o d el  b e h av io r ,   a n d   id en tify   em er g in g   an o m alies.  Fig u r 6   p r esen ts   r ep r esen tativ d ash b o a r d   v iews  in teg r ated   in to   th p r o to ty p e,   d em o n s tr atin g   t h s y s tem s   s u itab ilit y   f o r   r ea l - tim aler tin g   an d   d ec is io n - s u p p o r t scen a r io s .           ( a)   ( b )     Fig u r 6 .   No d e - R E d ash b o a r d   v iews o b tain ed   f r o m   th s im u lated   en v ir o n m en t ( a)   r ea l - tim W QI   g au g f o r   in s tan t statu s   an d   ( b )   f ea t u r im p ac t v iew  p r o d u ce d   b y   th ex p lain ab ilit y   m icr o s er v ice   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ar tif   I n tell     I SS N:   2252 - 8 9 3 8       A n   in tellig en t a n d   ex p l a in a b le   I o T - E d g e - C lo u d   a r ch itectu r fo r   r ea l - time  w a ter q u a lity    ( S a r a   B o u z ia n e )   1117   4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h p r o p o s ed   in tellig en w ater   q u ality   m o n ito r in g   ar c h itectu r was  d esig n ed   an d   test ed   b y   im p lem en tin g   f u lly   e n d - to - e n d   s im u latio n   to   e v alu ate  t h ap p r o ac h   o n   a   r ea l - tim e   m o n it o r in g   s y s tem   in   th e   Mo u lo u y R iv er   B asin .   C o n tin u o u s   m u lti - p a r am eter   m ea s u r em en ts   r ep r esen tin g   th n atu r al  v ar iab ilit y   o f   th wate r   q u ality ,   co m m o n ly   o b s e r v ed   i n   th e   b asin ,   we r co n tin u o u s ly   g en er ated   an d   tr an s m it ted   o v e r   MQ T T   t o   th ed g e   lay er .   T h e   ed g e   s er v ice  ad e p tly   p r o ce s s ed   th h ig h - f r eq u e n cy   d ata  s tr ea m   an d   co m p u ted   th e   au th en tic  W QI   u s in g   th weig h ted   ar ith m etic  ap p r o ac h .   C o n cu r r en tly ,   t h s tack in g   en s em b le  m o d el  g en e r ated   f o r ec asted   W QI   v alu es,  p r o v i d in g   co n s is ten an d   ad ap tiv esti m atio n s   alig n ed   with   th f lu ctu atio n s   o f   th in p u t d ata.   I n   th e   te m p o r a l   p l o t s   o f   r e a a n d   p r ed i c t ed   W Q I   v a l u e s ,   t h e   t wo   cu r v e s   s h o w   c lo s e   ag r e em e n t,  s h a r i n g   s i m i la r   tr e n d s   an d   g r a d u a l   ev o lu t i o n   o v er   t im ( F i g u r 4 ) .   T h i s   co n f i r m s   th e   ef f e c t iv en e s s   o f   e n s e m b le   l ea r n in g   m o d el s   in   p r ed i c t i n g   W Q I   an d   m an a g i n g   r e a l - t im d a t s t r e am s .   A d d i t i o n a l ly ,   th e   s y s t e m   m a i n ta i n ed   c o n t i n u o u s   o u tp u t   d u r in g   s i m u l a t ed   s e n s o r   o u t ag e s   b y   au t o m a t ic a l l y   s w i t c h in g   t o   p r ed i c t i o n - o n ly   m o d ( F i g u r 7 ) .   T h i s   c ap a b i l i ty   d e m o n s tr a t e s   i t s   o p er a t i o n a r o b u s t n e s s   i n   s c e n ar i o s   w i t h   d e g r a d ed   co m m u n i c a t i o n .           Fig u r 7 .   d em o n s tr atio n   o f   t h lo ca l e x ec u tio n   o f   th e d g in f er en ce   s er v ice,   s h o wca s in g   m o d el  lo ad i n g ,   MQ T T   co n n ec tio n ,   an d   an   au t o m atic  s witch   to   p r ed ictio n - o n ly   m o d a f ter   th s en s o r   tim es  o u t       T h SHAP - b ased   an aly s is   o f   th m o d el’ s   ex p lain ab ilit y   p r o v id ed   v alu ab le  in s ig h ts .   T h f ea tu r e   im p ac s co r es  ca lcu lated   b y   th ex p lain a b ilit y   m icr o s er v ice  r ev ea led   th d o m i n an in f lu en ce   o f     n u tr ien t - r elate d   p a r am eter s .   As  s h o wn   in   Fig u r 5 ,   NH 4 ,   em er g ed   as  th d o m in an co n tr ib u to r ,   ac co u n tin g   f o r   ap p r o x im ately   6 1 o f   th t o tal  f ea tu r im p ac f o r   th i llu s tr ated   p r ed ictio n .   PO 4   an d   B OD₅  f o llo wed ,   in d icatin g   th s tr o n g   in f lu e n c o f   n u tr ien en r ich m e n an d   o r g an ic  p o ll u tio n   o n   wate r   q u ality   d eg r ad atio n .   SO 4 ,   tem p er atu r ( T ) ,   an d   T DS  ( d er iv ed   f r o m   E C )   ex h ib ited   m o d er ate  p o s itiv co n tr i b u tio n s ,   r ef lectin g   m in er aliza tio n   a n d   th er m al   ef f ec ts .   I n   c o n tr ast,  DO   s h o wed   n eg ativ e   SHAP  co n tr i b u tio n ,   co n s is ten with   its   k n o wn   r o le   as  m itig atin g   f a cto r   in   p o llu te d   aq u atic  s y s tem s .   NO 3   p r esen ted   s m aller   b u n o n - n eg lig ib l e   co n tr ib u tio n ,   s u g g esti n g   l o ca lized   o r   ep is o d ic   n u tr ie n in p u ts .   T h ese  f in d in g s   ar e   f u l ly   co n s is ten with   em p ir ical  o b s er v atio n s   r ep o r ted   f o r   th e   Mo u lo u y a   B asin ,   wh er e   n u t r ien e n r ich m en t   an d   o r g an ic   lo a d   co n s titu te  th p r im ar y   d r iv er s   o f   wate r   q u ality   d e g r ad ati o n   [ 6 ] .   B y   p r o v id in g   b o th   t h m ag n itu d an d   d ir ec tio n   o f   f ea tu r im p ac ts ,   th SHAP  an aly s i s   en h an ce s   in ter p r etab ilit y   an d   s u p p o r ts   in f o r m e d     d ec is io n - m ak in g   f o r   tar g eted   p o llu tio n   c o n tr o l.   T h No d e - R E d ash b o ar d   s h o wca s ed   th s y s tem s   ef f ec t iv en ess   in   p r o v id in g   r ea l - tim d ec is io n   s u p p o r t.  T h p o llu tio n   g au g p r o v id es  clea r   a n d   im m ed ia te  in ter p r etatio n   o f   wate r   q u a lity   s tatu s   th r o u g h   co lo r - co d in g .   A d d itio n ally ,   a   p lo t c o m p a r in g   o b s er v ed   v er s u s   p r ed icted   W QI   f ac ilit ated   o n g o in g   v alid atio n   o f   th m o d el’ s   r elia b ilit y .   Fu r th e r m o r e,   t h f ea tu r im p ac ta b le  is   u p d ated   with   ea ch   in f er en ce ,   allo win g   ex p er ts   to   id en tify   th p ar a m eter s   r esp o n s ib le  f o r   s h o r t - ter m   v a r iatio n s .   T h is   p r o ce s s   co n f ir m ed   th at  ex p lain ab ilit y   en h an ce s   tr an s p ar en c y   an d   f o s ter s   o p er atio n al  tr u s t.   Ov er all,   th ex p er im en tal  f in d in g s   co n f ir m   th f ea s ib ilit y   an d   ef f ec tiv e n ess   o f   o u r   p r o p o s ed   I o T - E d g e - AI - XAI   ar ch it ec tu r e.   T h s y s tem   p r o v id es  s tab le  p r ed ictio n s ,   in ter p r etab le  o u tp u ts ,   an d   r ea l - tim r esp o n s es,  in d icatin g   s t r o n g   p o ten tial  f o r   u s as  d e cisi o n - s u p p o r to o f o r   co n tin u o u s   en v ir o n m en tal  m o n ito r in g   in   th M o u lo u y R iv er   B asin .       5.   CO NCLU SI O N   W h av d ev elo p e d   s m ar a n d   in ter p r etab le  ar ch itectu r f o r   r ea l - tim wate r   q u ality   ass ess m en th at   co m b in es  I o T   s en s in g ,   E d g AI   in f er en ce ,   clo u d - s tr ea m   p r o ce s s in g ,   an d   m o d el  i n ter p r etatio n .   f u ll     en d - to - e n d   p r o to ty p was  r e alize d   lo ca lly   in d icatin g   th a th s y s tem   is   ca p ab le  o f   r eliab ly   o b tain i n g   p h y s ico ch em ical  m ea s u r em e n t d ata,   co m p u tin g   th W QI   at  th ed g e,   an d   m a k in g   ac cu r ate  p r ed ictio n s   u s in g   s tack in g   en s em b le  m o d el.   T h tr an s p ar en c y   was  en h an c ed   v ia  th ex p lain a b ilit y   lay er ,   s u ch   th at  th e   co n tr ib u tio n   o f   e v er y   p a r am et er   to   th p r ed icted   W QI   was  m ad av aila b le  in   r ea l   tim e.   T h m o d el  e x h ib ited   s tab le  p er f o r m an ce   d u r in g   th e   s im u latio n ,   a n d   au to m atic   s witch in g   to   p r e d ictio n - o n ly   m o d was  p er f o r m ed   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 9 3 8   I n t J Ar tif   I n tell ,   Vo l.  15 ,   No .   2 Ap r il   20 26 110 9 - 11 20   1118   u n d er   s en s o r   d is tu r b a n ce   co n d itio n s ,   h ig h lig h tin g   th e   s y s tem s   r o b u s tn ess   an d   t h p o ten tial  o f   co n tin u o u s   an aly s is .   T h f ea tu r im p ac t   ev alu atio n   r eliab ly   d etec ted   NH 4 ,   NO 3 ,   PO 4 ,   an d   o r g a n ic  lo ad   as  th e   k ey   co n tr ib u to r s   f o r   th v ar iatio n s   ass o ciate d   wi th   W QI ,   wh ich   is   in   lin w ith   th p r ev ailin g   p o llu tio n   b eh a v io r   o b s er v ed   in   th Mo u lo u y a   R iv er   B asin .   B ey o n d   tech n ical  a s p ec ts ,   th p r o p o s ed   f r am ewo r k   h o l d s   b en ef its   as  well,   in   p r o v id in g   p o ten tial  s p ac f o r   m o r h u m an - o r ien t ed   an d   s u s tain ab le  in tellig en ce   s tr ateg ies.  Fu tu r r elea s es  m ay   in teg r ate  g am if icatio n   in   th ap p licatio n   lay er   to   s u p p o r s tak eh o ld e r   p ar tici p atio n ,   ed u ca tio n al   ef f o r ts   an d   p ar ticip ato r y   o v er s ig h t.  I m p lem e n tin g   in tu itiv e,   m o tiv atio n al,   an d   in te r ac tiv e   in ter f ac es  in   s u ch   en h an ce m e n ts   ca n   in cr ea s p u b lic  awa r en ess ,   wh ile  f ac ilit atin g   p r o ac tiv c o m m u n ity   e n g ag em e n in   wate r   q u ality .   Fin ally ,   th in co r p o r a tio n   o f   E d g AI ,   XAI ,   f ee d b a ck - b ased   lear n in g   in   s in g le  ar ch itectu r al  m o d el   r ep r esen ts   h u g s tep   f o r wa r d   f r o m   th c u r r e n m eth o d s ,   p r o v id in g   tr an s p ar en t,  a d a p tab le  an d   s ca lab le  m ea n s   f o r   th e   in tellig en t w ater   q u ality   ev alu atio n   an d   lo n g - te r m   co n s er v atio n .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   T h is   r esear ch   d id   n o r ec eiv an y   s p ec if ic  g r an f r o m   f u n d i n g   ag en cies  in   th p u b lic,   co m m er cial,   o r   not - f o r - p r o f it secto r s .       AUTHO CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al  u s es  th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .     Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Sar B o u zian e                               B ad r ad d in Ag h o u tan e                               An is s   Mo u m en                               An as E l O u ali                               Ali E s s ah lao u i                               Ab d ellah   E l   Hm aid i                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y s i s   I     I n v e s t i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i s i o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   Au th o r s   s tate  n o   co n f lict o f   in t er est.       DATA AV AI L AB I L I T Y   T h d ataset  u s ed   in   th is   s tu d y ,   alo n g   with   th s cr ip ts   an d   co n f ig u r atio n   f iles   im p le m en tin g   th p r o p o s ed   m eth o d o lo g y ,   is   av ailab le  in   p u b lic  r ep o s ito r y   in   GitHu b   at  h ttp s ://g ith u b . co m /s ab o u zian e - co d er /water - q u ality - io t - ed g e - x ai.       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   C .   G .   G o w r i ,   D .   A .   U t t a mr a o ,   a n d   K .   S .   K i sh a n r a o ,   S m a r t   w a t e r   m a n a g e me n t   s y st e ms  i n   u r b a n   a n d   r u r a l   i n f r a st r u c t u r e   d e v e l o p me n t ,   i n   Ar t i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   i n   Mu l t i d o m a i n   S y st e m f o I n t e l l i g e n t   D e c i s i o n   M a k i n g   a n d   A u t o m a t i o n ,   R A D e mi c s   R e se a r c h   I n st i t u t e ,   2 0 2 5 ,   p p .   2 3 6 2 6 0 ,   d o i :   1 0 . 7 1 4 4 3 / 9 7 8 9 3 4 9 5 5 2 3 5 7 - 0 9 .   [ 2 ]   S .   J i n ,   Y .   Q u ,   M .   P e n g ,   G .   G a o ,   a n d   H .   G a o ,   P r a c t i c e   a n d   p r o s p e c t s   o f   s mart   w a t e r   m a n a g e m e n t   c o n s t r u c t i o n   i n   t h e   c o n t e x t   o f   d i g i t a l   t r a n sf o r ma t i o n ,   J o u r n a l   o f   S u st a i n a b l e   B u i l t   E n v i r o n m e n t ,   v o l .   2 ,   n o .   4 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 7 0 7 3 1 / a s4 v d 3 1 6 .   [ 3 ]   H .   K u k a d i y a   a n d   D .   M e v a ,   A p p l i c a t i o n o f   I o T   i n   smar t   c i t y   w a t e r   ma n a g e m e n t   sy s t e ms :   a   c o mp r e h e n s i v e   r e v i e w ,   I n t e r n a t i o n a l   Re s e a r c h   J o u rn a l   o f   C o m p u t e S c i e n c e ,   v o l .   1 2 ,   n o .   7 ,   p p .   2 5 4 2 5 9 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 2 6 5 6 2 / i r j c s. 2 0 2 5 . v 1 2 0 7 . 0 1 .   [ 4 ]   A .   A .   S a t h i o ,   V .   S i n g h ,   S .   A n w a r ,   a n d   R .   V a v e k a n a n d ,   R e a l - t i me   i n d u s t r i a l   w a t e r   p o l l u t i o n   e v a l u a t i o n   u si n g   e d g e c l o u d   I o T   a r c h i t e c t u r e   a n d   m u l t i - p a r a m e t e r   se n s i n g ,   J o u rn a l   o f   N o n - D e s t ru c t i v e   T e s t i n g ,   v o l .   3 ,   n o .   3 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / n d t 3 0 3 0 0 2 1 .   [ 5 ]   D .   T.   V e n g a t e s h   e t   a l . ,   E x p l a i n a b l e   A I   f o r   e n v i r o n me n t a l   d e c i s i o n   s u p p o r t :   i n t e r p r e t i n g   d e e p   l e a r n i n g   mo d e l i n   c l i mat e   sc i e n c e ,   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E n v i ro n m e n t a l   S c i e n c e s ,   v o l .   1 1 ,   n o .   1 6 s ,   p p .   1 0 7 8 1 0 8 8 ,   J u l .   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 6 4 2 5 2 / h 6 n g 2 f 4 6 .   [ 6 ]   A .   El   H mai d i ,   A .   T a l h a o u i ,   I .   M a n sso u r i ,   H .   Ja d d i ,   a n d   H .   O u sma n a ,   C o n t r i b u t i o n   o f   t h e   p o l l u t i o n   i n d e x   a n d   G I S   i n   t h e   a ssessm e n t   o f   t h e   p h y s i c o - c h e m i c a l   q u a l i t y   o f   t h e   s u r f a c e   w a t e r s   o f   M o u l o u y a   R i v e r   ( N E ,   M o r o c c o ) ,   L a   H o u i l l e   Bl a n c h e   v o l .   1 0 6 ,   n o .   3 ,   p p .   4 5 5 4 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 5 1 / l h b / 2 0 2 0 0 2 8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.