Přístupnostní navigace
E-application
Search Search Close
Bachelor's Thesis
Author of thesis: Matouš Havlíček
Acad. year: 2025/2026
Supervisor: prof. Dr. Ing. Pavel Zemčík, dr. h. c.
Reviewer: Ing. Jakub Liška
This bachelor thesis focuses on the design and implementation of an autonomous control system for a model railway based on the digital twin concept. The primary contribution of this solution is the elimination of traditional hardware sensors embedded in the tracks, which are replaced by non-contact tracking using a webcam and computer vision methods. ArUco fiducial markers and motion tracking are utilized for precise real-time locomotive localization. The control software, developed in Python using the OpenCV and PySide6 libraries, processes image data and sends DCC-standard instructions to the locomotive via the Arduino platform. The resulting system enables smooth visualization, manual control, and schedule automation with high positional accuracy without the need for intrusive modifications to the railway infrastructure.
computer simulation, model train track, computer vision, digital twin, Python, OpenCV, ArUco markers, Arduino, DCC
Date of defence
18.06.2026
Result of the defence
Defended (thesis was successfully defended)
Grading
C
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 C.
Topics for thesis defence
Language of thesis
Czech
Faculty
Fakulta informačních technologií
Department
Department of Computer Graphics and Multimedia
Study programme
Information Technology (BIT)
Composition of Committee
prof. Ing. Lukáš Sekanina, Ph.D. (předseda) doc. Ing. Ondřej Lengál, Ph.D. (místopředseda) Ing. Marta Jaroš, Ph.D. (člen) Ing. Libor Polčák, Ph.D. (člen) Ing. Tomáš Milet, Ph.D. (člen)
Supervisor’s reportprof. Dr. Ing. Pavel Zemčík, dr. h. c.
Jedná se o práci, která je poměrně solidní, ale šlo ji "dotáhnout" podstatně dále. Realizační část práce se zaměřila na simulaci v "digitálním dvojčeti" i jeho řízení, je v zásadě funkční, i když by šla ještě podstatně rozvinout. Textová část práce je na odpovídající úrovni, i když i ta by bývala šla zlepšit. Celkově proto hodnotím stupněm dobře (C).
Zadání práce bylo zaměřeno na řízení vláčku počítačem. Bylo průměrně náročné a mělo potenciál k vlastnímu tvůrčímu přístupu k řešení a rozvoji tématu, kterého student zčásti využil a zaměřil se kromě řízení vláčku zejména na vytvoření "digitálního dvojčete" a simulace vláčku v počítači. Tím se od původního záměru sice poněkud odchýlil, ale se směrem práce a vlastně i s výsledkem práce jsem v principu spokojen, i když student mohl realilzaci "dotáhnout" mnohem dále.
S literaturou pracoval student samostatně a iniciativně, sháněl si samostatně i studijní podklady a materiál pro experimenty.
Během práce byl student střídavě aktivní. Na konzultace docházel zpočátku práce intenzivně, poté se poněkud odmlčel a ke konci se zase "aktivizoval". Na konzultace býval připraven.
Práce byla dokončena poměrně těsně před termínem. Bylo sice možné provést konzultace a korekce práce, ale bylo by bylo práci "pomohlo" kdyby byla dokončena dříve.
-
Grade proposed by supervisor: C
Reviewer’s reportIng. Jakub Liška
Evaluation level: průměrně obtížné zadání
Zadanie hodnotím ako priemerne obtiažné. Študent sa musel zorientovať v problematike strojového videnia, užívateľských rozhraní, nízkonapäťovej elektroniky, mikrokontrolérov a digitálneho riadenia modelových železníc. Taktiež bolo potrebné, aby výsledná aplikácia dokázala bežať v reálnom čase a dokázala správne reagovať na nekonzistentnosť reálneho sveta a správne reflektovať realitu pomocou digitálneho dvojčaťa.
Technická správa má logickú a prehľadnú štruktúru. Kapitoly na seba navzájom prirodzene nadväzujú (od rešerše cez návrh až po implementáciu a testovanie). Text je písaný zrozumiteľne aj pre čitateľa bez hlbokých znalostí modelových železníc, pričom odborné pojmy sú vždy vysvetlené. Kladne hodnotím konzistentné používanie diagramov a obrázkov na doplnenie textu. Mierne negatívne vnímam nižší celkový rozsah práce a skutočnosť, že niektoré kapitoly (najmä kapitola 5 – Testovanie) sú spracované pomerne stručne a mohli by byť informačne bohatšie.
Typografická úprava práce je na dobrej úrovni, formátovanie je konzistentné a číslovanie kapitol aj obrázkov je správne. Z jazykovej stránky pôsobí text väčšinou plynulo a odborne, autor však na niektorých miestach (najmä v úvode a závere) skĺzol do neformálneho, esejistického štýlu nevhodného pre odbornú technickú správu. Jazyková revízia pomocou nástroja Gemini sa pozitívne prejavila na celkovej čitateľnosti, no neodstránila všetky štylistické neobratnosti.
Implementačnú časť hodnotím ako funkčnú v základnom až stredne pokročilom rozsahu. Študent vytvoril modulárnu aplikáciu spájajúcu simulačný engine, grafické používateľské rozhranie (GUI), lokalizáciu pomocou kamery a DCC komunikáciu. Pozitívne hodnotím, že v simulačnej vrstve je riešená aj logika výhybiek a prepínanie vetiev trasy.Limitom riešenia je však absencia integrácie výhybiek s fyzickým koľajiskom (t. j. chýba prepojenie simulovanej logiky výhybiek s reálnym prestavovaním výhybiek v hardvéri). Ďalším významným nedostatkom je správanie pri vjazde na slepú koľaj, kde namiesto plynulého dojazdu dochádza k skokovému nastaveniu nulovej rýchlosti a následnému resetu digitálneho dvojčaťa na štartovací uzol. Takéto správanie nezodpovedá fyzikálnej realite prevádzky a v reálnom nasadení by analogická situácia predstavovala kolíznu situáciu, resp. potenciálnu haváriu súpravy na konci slepej koľaje.Z hľadiska detekcie je riešenie založené na analytickom spracovaní obrazu pomocou knižnice OpenCV (najmä sledovanie ArUco markerov, doplnené sledovaním pohybu). Študent nevyužil alternatívne prístupy založené na moderných neurónových detektoroch (napr. odľahčené varianty YOLO), ktoré by mohli zvýšiť robustnosť detekcie v premenlivých podmienkach. Súčasne je riešenie výrazne závislé od ArUco markera umiestneného na lokomotíve, čo môže byť v modelárskej praxi problematické, nakoľko niektoré modely nemajú na streche dostatok vhodného miesta, prípadne by nalepením markera došlo k estetickému znehodnoteniu modelu.Slabšia je aj formálna verifikácia — testovanie je prevažne praktické a popisné, bez automatizovaných testov a reprodukovateľných metrík. Celkovo ide o funkčný a technicky zaujímavý prototyp, ktorý však má rezervy v prepojení s fyzickou infraštruktúrou, v robustnosti hraničných scenárov a v praktickej použiteľnosti detekčnej metódy.
Práca nie je kompilačného charakteru. Autor navrhol a implementoval vlastný funkčný prototyp digitálneho dvojčaťa pre modelovú železnicu s praktickým potenciálom nasadenia. Plnému využitiu v praxi však bránia nedostatky identifikované v predchádzajúcej sekcii, najmä absencia fyzickej integrácie výhybiek a obmedzená robustnosť detekčnej metódy.
Evaluation level: zadání splněno s drobnými výhradami
Zadanie bakalárskej práce považujem za splnené s drobnými výhradami – body 1, 3, 4 a 5 boli splnené v plnom rozsahu, bod 2 však len čiastočne, keďže autor síce navrhol funkčné desktopové používateľské rozhranie, no možnosť využitia mobilného zariadenia ako explicitne požadovanú súčasť zadania v práci vôbec neadresoval.
Evaluation level: splňuje pouze minimální požadavky
Predložená technická správa dosahuje približne 44,5 normostrán (vrátane obrázkov), čo síce spĺňa stanovené minimum 40 normostrán, avšak pohybuje sa na jeho dolnej hranici a nedosahuje obvyklého rozmedzia 60–80 normostrán. Samotný text je vecný a informačne konzistentný, pričom obrazová zložka tvorí približne 20% rozsahu, čo je v norme.
Prevzaté prvky sú v texte riadne odlíšené od vlastných výsledkov a úvah, citačná etika nebola porušená. Zoznam literatúry v zásade spĺňa požiadavky normy ČSN ISO 690. Číselné odkazovanie v hranatých zátvorkách je korektné, online zdroje majú uvedené URL aj dátum citácie, záznamy sú konzistentné. Mierne negatívne možno hodnotiť nižší počet vedeckých článkov v pomere k online zdrojom a dokumentáciám, čo je však vzhľadom na praktický charakter práce čiastočne pochopiteľné.
Grade proposed by reviewer: C
Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová