Nápady a objevy

27. prosince 2022

Software jako bakalářka pomáhá s výzkumem půdní eroze

Lukáš Dobrovolný pokračuje ve studiu mechatroniky | Autor: Jan Prokopius, VUT
VUT sobě. Tak by mohlo znít motto bakalářské práce Lukáše Dobrovolného. Student mechatroniky ze strojní fakulty vytvořil software, který usnadnil práci odborníkům ze stavební fakulty, kteří zkoumají půdní erozi. Dosud museli snímky z měření zpracovávat ručně.

Když vyjíždí Veronika Sobotková s kolegy ze stavební fakulty VUT na měření do terénu, vrací se s desítkami fotografií. Na všech je takzvaný erodoměr, který si lze představit jako velký rám s jehlicemi, které se spustí k zemi a ukáží tak profil erozí poškozené půdy. „Erodoměr je zařízení, které bylo navrženo a vyrobeno u nás na Ústavu vodního hospodářství krajiny. Umožňuje zaměření profilu povrchu půdy a kvantifikaci objemu erozních rýh, které mohou vznikat na svažitých pozemcích po přívalových deštích. Přímo v terénu byly erodoměrem zaměřeny stovky profilů erozních rýh s výsledky mnohonásobně přesahujícími přípustnou ztrátu půdy,“ vysvětluje Sobotková.

Za jeden den měření v terénu vznikne kolem sta až sto šedesáti fotografií. Každou pak bylo potřeba ručně zpracovat: v počítači manuálně zaklikat vrcholy všech jehlic na snímku, vytvořit z nich křivku a porovnat ji s předchozími výsledky. Vypořádat se tímto způsobem s jednou fotografií zabralo zhruba deset minut.


Software jednu fotku zvládne zpracovat zhruba do deseti vteřin.


Když se před časem Sobotková dala náhodou do řeči s Romanem Adámkem z Mechatronické laboratoře strojní fakulty VUT, padla z jeho strany nabídka, že by jim práci se zpracováním snímků zkusili usnadnit. Tématu se jako své bakalářské práce chopil student FSI Lukáš Dobrovolný.

Rychlejší a méně pracné

„Téma mne zaujalo, týkalo se problematiky zpracování obrazu,“ říká Dobrovolný. Vytvořil pro zpracování fotografií speciální software, který jednu fotku zvládne zpracovat zhruba do deseti vteřin. „Využívám kontrastu mezi černým pozadím a světlými jehlicemi. Fotografii převedu na binární obraz a algoritmus následně sám detekuje vrcholky jehlic. Když se některé detekovat nepovede - například kvůli světelným podmínkám nebo když v záběru překáží třeba list - má uživatel možnost dané body ručně opravit. I tak je to velká úspora času, protože jehlic je v rámku kolem stovky,“ popisuje Dobrovolný.

Fotografie z měření erodoměrem | Autor: archiv FAST VUT
Lukášovi podle jeho slov pomohly s tématem zpracování obrazu mimo jiné e-learningové kurzy od MathWorks, které mají studenti a zaměstnanci VUT zdarma k dispozici. Kromě algoritmu si dal hodně práce také s vytvořením uživatelského prostředí, aby se kolegům z FASTu se softwarem dobře pracovalo. „Ještě jsem slíbil, že jim dodělám nějaké další funkce, ale jde už jen o drobnosti,“ říká Dobrovolný, toho času už student prvního ročníku magisterského studia Mechatroniky.

„Přijde mi inspirativní, že se jedná o problém z úplně jiného oboru, který jsme uměli vyřešit díky našim znalostem zpracování obrazu. Student přišel sám s návrhem, jak detekci jehlic v obraze vyřešit, spolu jsme pak už jen ladili detaily. Kolegové ze stavební fakulty si nový software porovnávali s přesností dosavadní metody a oba postupy jim vyšly podobně přesné. S tím rozdílem, že ruční metoda je nesrovnatelně pracnější,“ dodává vedoucí bakalářské práce Roman Adámek.

Jeho slova potvrzuje i Veronika Sobotková, která odhaduje časovou úsporu při zpracování jedno fotografie kolem deseti minut. Jejímu týmu pak zbude víc času na výzkum palčivého tématu půdní eroze. „Na základě měření erozním mostem jsme stanovili různé zákonitosti vzniku erozních rýh, parametry vznikajících rýh i předpověď jejich výskytu. Na základě našeho výzkumu a spolupáce s Výzkumným ústavem vodohospodářským T. G. Masaryka vznikla Metodika Kritických bodů, podle které se stanovují kritické body, které značí, že je potřeba na daném místě navrhnout protierozní a protipovodňová opatření,“ uzavírá Sobotková.

(ivu)

Témata

Související články:
Přes den nebe a země. Společně se setkávají pod hladinou
Chytré výhybky dokážou upozornit na svůj horšící se stav a zabránit i vykolejení vlaku
Vědci z VUT významně pomohli s výrobou ochranných pomůcek a nyní pracují na nových projektech
Patentovaný systém z VUT na proplachování kanalizace bude pomáhat v Evropě
Na strojní fakultě otestovali nový turbovrtulový motor