Bachelor's Thesis

Processing sensor data to identify elements of downhill skiing

Final Thesis 6.43 MB Appendix 6.57 MB

Author of thesis: Richard Hraško

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Martin Appel, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jan Králík, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis deals with the processing of sensor data recorded during downhill
skiing. The aim of the thesis is to design a processing procedure that converts raw data
from an inertial measurement unit and supplementary GPS measurements into usable
outputs for skiing analysis. The work focuses mainly on estimating ski orientation using
the Mahony AHRS algorithm, evaluating the practical usefulness of the magnetometer,
and computing derived metrics describing turns, speed, trajectory and dynamic loading.

Keywords:

Keywords: downhill skiing, inertial measurement unit, IMU, GPS, magnetometer,
Mahony AHRS, sensor fusion, orientation estimation, turn analysis

Date of defence

12.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Při obhajobě student nejprve prezentoval svoji bakalářskou práci, následně byly přečteny posudky a student odpovídal na dotazy oponenta. Poté byly členy komise položeny následující otázky: Bylo možné zařízení implementovat pod vázání, aby byl eliminován vliv průhybu lyže? Prováděl jste srovnání existujících řešení, například sport tracker aplikací? Proč do zařízení nebyla implementována GPS, ale používal jste GPS v telefonu? Existuje alternativa k použitému Mahony AHRS, proč jste implementoval právě toto řešení namísto například Kálmánova filtru? Na závěr byla obhajoba hodnocena jako výborná.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Mechatronics (B-MET-P)

Composition of Committee

Pplk. Ing. Radek Doskočil, Ph.D. (předseda)
Ing. Martin Appel, Ph.D. (místopředseda)
Ing. David Vlachý (člen)
doc. Ing. Radek Vlach, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Pokorný, Ph.D. (člen)
Ing. Lubomír Houfek, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Bastl, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Vorel, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Frolík, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Martin Appel, Ph.D.

Bakalářská práce studenta Richarda Hraška se věnuje zpracování senzorových dat pro identifikaci prvků jízdy při sjezdovém lyžování. V úvodu bych rád ocenil, že je z práce patrné, že se student sjezdovému lyžování věnuje a vložil do ní řadu vlastních postřehů z praxe. Díky tomu práce nepůsobí pouze jako obecné zpracování dat, ale vychází z reálného pochopení lyžařské jízdy.

Velmi kladně hodnotím rozsah a komplexnost práce. Student se zabýval rešerší dostupných řešení, popisem použité měřicí jednotky, tvorbou datasetu, předzpracováním dat, synchronizací, kalibrací senzorů a odhadem orientace pomocí algoritmu Mahony AHRS. Na tyto kroky navázal návrhem softwarového řešení, které umožňuje pracovat s intervaly jízdy, detekovanými oblouky, grafy, mapou a exportovanými metrikami.

Silnou stránkou práce je transparentní přístup ke zpracování dat. Student se nesnaží vytvořit černou skříňku s jedním výsledným skóre, ale ukazuje, jak jednotlivé veličiny vznikají a jaká mají omezení. Oceňuji také vizualizační aplikaci, která umožňuje kontrolovat průběhy orientace, GPS trajektorii, intervaly i odvozené metriky. Výsledná aplikace byla vytvořena s využitím AI agenta, což bylo po domluvě se mnou jako vedoucím práce. I tak ale student musel definovat, jak má aplikace pracovat, jaké veličiny má počítat a jak mají být výsledky vizualizovány.

K práci mám pouze dílčí výhrady. Ověření proběhlo na omezeném datasetu a bez přesné referenční měřicí soustavy, proto výsledky nelze chápat jako absolutní biomechanickou diagnostiku. Nejistější zůstává zejména odhad yaw a metriky odvozené z GPS s nízkou vzorkovací frekvencí. Student však tyto limity v práci korektně popisuje a výsledky interpretuje přiměřeně opatrně.

Celkově hodnotím práci jako výbornou bakalářskou práci se zajímavým analytickým přínosem. Student prokázal schopnost pracovat se senzorovými daty, navrhnout zpracovatelský řetězec a připravit nástroj, který má potenciál pro další rozvoj. Vzhledem k omezenému ověření a charakteru softwarové realizace však hodnotím práci celkově stupněm B. Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic B

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jan Králík, Ph.D.

Pan Hraško se ve své práci zabývá Zpracováním dat ze senzorů pro identifikaci prvků jízdy při sjezdovém lyžování. Jedná se o zpracování dat z již vyrobené jednotky, které ač je vybavena magnetometrem tak doposud nebyl při zpracování dat využit. V první části práce jsou popsány dostupná řešení a důvody práce, následně se student věnuje návrhu a realizaci zadání. K prvnímu cíli, popisu periférií jednotky, mám jisté výhrady. Student z jednotky popisuje pouze IMU modul a magnetometr, nic dalšího, není uveden ani výrobce, typ, mikroprocesor nebo zapojení. Práce prezentuje někteřá řešení, které nejsou úplně vhodná, například vypuštění GPS z fúze senzorů. Dále také v práci nijak není zdůvodněno, proč byly zvoleny rozdílné vzorkovací frekvence pro měření zrychlení a úhlové rychlosti, a jek se chybějící data dopočítávala při fúzi pomocí AHRS.

Po formální stránce musím práci vytknout grafické znázornění dat, černé pozadí, popisky drobným písmem a místy datová řada škálovaná v barevném spektru zaručují takřka nečitelnost dat. I když mám pocit, že práce se v průběhu odchýlila od myšlenky zadání, cíle považuji za splněné. Práci doporučuji k obhajobě a po zodpovězení otázek navrhuji hodnocení C tedy dobře.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment C
Working process, extent and suitability of applied methods D
Scholarly contribution and originality C
Ability to interpret achieved results and draw conclusions E
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level D
Work with used sources including quotations B
Topics for thesis defence:
  1. Jak byla řešena různě velká frekvence snímání veličin při přípravě dat pro algoritmus Mahony AHRS?
  2. Poloměr zatáčky určujete z GPS jako konstantní hodnotu pro celou zatáčku, to neodpovídá realitě, jak a z jakých dat by šel určit reálný poloměr otáčení?
  3. Jaký vliv má uložení IMU jednotky na měřená data?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová