Bachelor's Thesis

Mission Planner for UAV Building Inspection Tasks

Final Thesis 14.4 MB

Author of thesis: Václav Sovák

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Daniel Bambušek

Reviewer: doc. Ing. Vítězslav Beran, Ph.D.

Abstract:

This thesis deals with the design and implementation of a tool for planning inspection missions of buildings, structures, and building complexes for unmanned aerial vehicles (UAVs). Manual planning presents a high cognitive load for operators, often exacerbated by the cluttered user interfaces of available applications. To solve this problem, a mission planner was created in the Unity environment, building upon the DroCo system developed at the Faculty of Information Technology, Brno University of Technology. The tool integrates ArcGIS and OpenStreetMap map data, allowing the operator to select the target structure for inspection directly within a 3D scene. The application then automatically generates a flight trajectory, includes manual route editing, and enables automatic execution on a low-cost DJI drone. Compared to a commercial tool, the solution reduces mental workload by approximately 50 % and mission preparation time to nearly a third.

Keywords:

Unmanned aerial vehicles, geographic information systems, photogrammetry, automation, user interface, mission planning, building inspection, 3D maps, Unity, waypoint

Date of defence

19.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm A.

Topics for thesis defence

  1. Jaké senzory běžné drony používají pro detekci kolizí?
  2. Jak je u waypointů v editoru vizualizován směr dronu nebo senzoru (kamery)?
  3. Jakým způsobem systém rozhoduje, v jakých okamžicích při plnění mise pořídit snímek?
  4. Když v GUI skryjete plátno videopřenosu, uživatel již v nástroji vidí pouze neplatná data (historická, off-line) a bezpečný let musí realizovat pouze s přímým vizuálním kontaktem. Jaký vliv může toto mít na míru rizika, navigační přesnost apod.?
  5. Co je důvodem deformace představeného modelu mlýnu?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Information Technology (BIT)

Composition of Committee

doc. Ing. Vítězslav Beran, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Tomáš Martínek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Radek Hranický, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Veigend, Ph.D. (člen)
Ing. Filip Orság, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Daniel Bambušek

Pan Sovák přistupoval k práci svědomitě a zodpovědně. Vytvořil komplexní řešení, které uživateli umožní naplánovat misi letu dronu pro snímání budovy a tuto následně spustit a automatizovaně zaletět a pořídit snímky i s levnými modely DJI dronů.

Evaluation criteria Verbal classification
Informace k zadání

Téma volně navazuje na existující fakultní nástroj pro vizualizaci bezpilotních letounů a jejich dat v 3D mapovém prostředí. Řešitel na základech tohoto nástroje vytvořil plánovač misí se zaměřením na inspekce budov, který umožňuje uživateli plánovat mise dronu a ty následně na fyzickém dronu spouštět. Pan Sovák nad rámec zadání vytvořil i softwarovou podporu pro exekuce těchto misí na levných modelech DJI dronů, které automatizované lety nativně nepodporují.

Práce s literaturou

Student si vyhledával samostatně relevantní literaturu.

Aktivita během řešení, konzultace, komunikace

Pan Sovák byl aktivní v průběhu celého řešení, pravidelně hlásil postup v práci a vždy měl něco nového ke konzultování.

Aktivita při dokončování

Práce byla dokončena v předstihu a její obsah byl řádně konzultován.

Publikační činnost, ocenění

Práce byla prezentována na studentské konferenci Excel@FIT, kde byla oceněna průmyslovým partnerem a odbornou veřejností.

Points proposed by supervisor: 95

Grade proposed by supervisor: A

Předložená bakalářská práce nabízí komplexní řešení zadané problematiky, které úspěšně pokrývá širokou škálu oblastí od 3D geometrie přes návrh grafického uživatelského rozhraní (GUI) až po samotné řízení dronu v reálném prostředí. Určitý prostor pro zlepšení se nachází v koncepční fázi, kde by samotný návrh mohl být zpracován více metodicky a mohl by lépe a důsledněji čerpat z existujících odborných i technických znalostí. Technické řešení jako celek je však pečlivé, plně funkční a bylo úspěšně otestováno v praxi. Rovněž realizované uživatelské experimenty jsou na velmi dobré úrovni a vykazují značnou kvalitu a preciznost zpracování.

Evaluation criteria Verbal classification Points
Náročnost zadání

Evaluation level: obtížnější zadání

Téma práce je náročnějšího charakteru a vyžaduje komplexní přístup. Zahrnuje totiž oblasti jako 3D geometrie a grafika, propojování virtuálního i reálného prostředí, návrh uživatelského rozhraní a v neposlední řadě také komunikaci a samotné řízení UAV, což představuje široký prostor pro prokázání odborných dovedností.

Prezentační úroveň technické zprávy

Text zprávy je pečlivě formulován, čtivý, drží se zvoleného tématu a logicky plyne, díky čemuž je práce pro čtenáře celkově pochopitelná. Rezervy jsou v informačním přínosu textu, který je místy zbytečně dlouhý a mohl by být hutnější. Kromě uvádění obecných informací by bylo vhodné jít u témat, která jsou pro vlastní řešení klíčová, metodicky nebo technicky více do hloubky a nezůstávat pouze u obecnějšího popisu. Dále by bylo vhodnější přesunout podrobnější popis obsahu obrázků přímo do hlavního textu namísto používání příliš dlouhých názvů samotných obrázků.

V teoretických pasážích se objevují určité nepřesnosti. Například v kapitole 2.2 autor popisuje horizontální vzor u vertikálního snímání, nikoliv horizontální snímání, jak je chybně uvedeno v textu. V analýze existujících nástrojů v kapitole 3 by bylo vhodné lépe specifikovat sledované atributy a postupovat s větší pečlivostí; autor zde nepřesně uvádí, že software UgCS neumí dobře pracovat s 3D objekty a detekovat kolize při plánování cest, přestože tento nástroj dané funkce podporuje.

65
Formální úprava technické zprávy

Formální úprava, stejně jako typografická a jazyková úroveň, jsou na velmi dobré úrovni. Celý text je zpracován viditelně pečlivě, splňuje standardy kladené na technickou zprávu a nevykazuje žádné zásadní nedostatky, které by narušovaly jeho čtení nebo snižovaly celkovou kvalitu předložené práce.

85
Realizační výstup

Výsledkem práce je plně funkční rozšíření existující softwarové aplikace DroCo (výzkumná skupina Robo@FIT VUT) o funkce pro automatické generování 3D modelu budovy z 2D polygonu, plánování cesty pro vertikální snímání tohoto 3D objektu a řízení dronu v reálném prostředí k vykonání naplánované trasy. Součástí řešení je také nově vytvořené grafické uživatelské rozhraní (GUI) pro práci s těmito funkcemi. Celý systém je implementován ve frameworku Unity a úspěšně demonstrován na reálném DJI dronu nižšího standardu. Samotný nástroj DroCo byl navíc vhodně využit již během vývoje k testování základní funkcionality před samotnými experimenty v reálném prostředí. Zdrojové kódy jsou přehledně komentované a příkladně dodržují autorství, kdy jsou převzaté části kódu důsledně odděleny od vlastních přínosů. Programové řešení jako celek je velmi kvalitní, pečlivé a svým rozsahem ho lze označit za nadstandardní. 

Autor provedl jak funkční, tak uživatelské testování. Uživatelské testování bylo realizováno velmi odborně a pečlivě za využití relevantních standardních experimentálních protokolů (NASA TLX a SUS). Výsledky těchto experimentů jednoznačně potvrzují, že navržené řešení vede správným směrem ke snížení mentální zátěže operátora dronu. Hodnotným výstupem práce je navíc praktická ukázka reálného použití, kdy autor nasnímal venkovní 3D objekt, provedl jeho 3D rekonstrukci v externím nástroji a 3D vytiskl.

95
Využitelnost výsledků

Předložená práce vykazuje znaky kompilačního charakteru, kdy autor úspěšně propojuje existující poznatky do uceleného celku. Navržené a implementované dílčí funkce jsou v praxi dále dobře využitelné a najdou své uplatnění v rámci nástroje DroCo. Pro plné nasazení v praxi bude však nutné celý proces ještě revidovat, aby v budoucnu o něco více a přesněji reflektoval reálné uživatelské procesy a potřeby (např. ruční zásahy operátora při riziku kolize s prostředím bez nutnosti ruční editace řídících bodů v SW nástroji).

Rozsah splnění požadavků zadání

Evaluation level: zadání splněno s drobnými výhradami

Zadání práce bylo celkově úspěšně splněno, přičemž řešení se plně zaměřuje na automatické generování tras dronů ve 3D prostředí a jejich využití při monitorovací misi, včetně implementace vlastního uživatelského rozhraní (GUI) do softwarové aplikace. Bod týkající se studia moderních postupů tvorby uživatelských rozhraní je splněn minimálně. Na druhou stranu je řešení je nad rámec zadání rozšířeno o praktickou ukázku 3D rekonstrukce objektu.

Rozsah technické zprávy

Evaluation level: je v obvyklém rozmezí

Technická zpráva obsahuje relevantní a důležité informace, přičemž text by mohl být ještě více informačně bohatý a lépe strukturovaný. Zejména v kapitole Návrh by bylo vhodné uvést veškeré koncepční návrhy, datové struktury, výpočty a klíčové operace. Mnoho klíčových koncepčních návrhů je totiž prezentováno až v implementaci, která by pak mohla obsahovat již jen informace o softwarové architektuře, práci s daty, komunikačních postupech a klíčových funkcích. V práci dále chybí teoretické základy pro postupy tvorby UI a také podrobnější návrh datových modelů včetně koncepčního způsobu práce s nimi při generování i vizualizaci. Není zřejmé, k čemu autor studuje fotogrametrii, když tyto znalosti ve svém řešení víceméně nepoužívá.

Práce s literaturou

Autor čerpá z vhodné literatury a ve většině případů dokáže dobře oddělit převzaté poznatky od svých vlastních přínosů. Doporučená literatura k procesům tvorby uživatelských rozhraní (UI) nebyla využita, přičemž důvod tohoto postupu není zřejmý, když je návrh GUI klíčovou částí řešení. U některých zdrojů, jako jsou například [7, 17, 27, 29] a další, by bylo vhodnější nahradit je novější nebo naopak klasičtější literaturou z oblastí zpracování obrazu, počítačové grafiky nebo dálkového snímání (jako je např. dobře využit zdroj [12]).

V některých pasážích by bylo přínosné lépe a přesněji čerpat převzaté informace, což se týká například kapitoly 2.4 o prostorových datech. Dále je potřeba dbát na pečlivější oddělování vlastních myšlenek od ověřených faktů; příkladem je obrázek 2.3 s vlastním schématem, kde autor odkazuje na zdroj [25], ve kterém se však takové schéma nenachází. Z hlediska citační etiky by bylo rovněž vhodnější uvádět informační zdroje bez recenzního řízení (jako jsou blogy, odkazy na existující produkty, manuály či dokumentaci) pouze formou poznámky pod čarou, a nikoliv je prezentovat v seznamu literatury jako zdroje ověřených teoretických poznatků.

60
Topics for thesis defence:
  1. Jaké senzory běžné drony používají pro detekci kolizí?
  2. Jak je u waypointů v editoru vizualizován směr dronu nebo senzoru (kamery)?
  3. Jakým způsobem systém rozhoduje, v jakých okamžicích při plnění mise pořídit snímek?
  4. Když v GUI skryjete plátno videopřenosu, uživatel již v nástroji vidí pouze neplatná data (historická, off-line) a bezpečný let musí realizovat pouze s přímým vizuálním kontaktem. Jaký vliv může toto mít na míru rizika, navigační přesnost apod.?
Points proposed by reviewer: 85

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová