Bachelor's Thesis

Mapping the Earth's Magnetic Field Using Unmanned Aerial Vehicles

Final Thesis 7.97 MB Appendix 33.81 kB

Author of thesis: Bc. Martin Švéda

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Petr Marcoň, Ph.D.

Reviewer: Ing. Zdeněk Roubal, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis deals with geomagnetic field mapping and the detection of magnetic anomalies, with a focus on the use of unmanned aerial vehicles for detecting metallic objects and unexploded ordnance. The thesis includes an overview of selected types of magnetometers, a survey of sensors suitable for use on unmanned aerial vehicles, and an analysis of related studies. For the practical part, the optically pumped QuSpin QTFM (Quantum Total Field Magnetometer) Gen-2 magnetometer was selected and integrated into the DJI Matrice 600 platform. The thesis describes ground-based and flight-based experimental measurements, processing of measured data, and their visualization. The results confirmed that the proposed measurement setup is capable of detecting more significant magnetic anomalies caused by ferromagnetic objects, while the sensor height above the terrain, flight stability, and accuracy of spatial data assignment have a major influence on detection quality.

Keywords:

drone, magnetic field, magnetic field anomaly, OPM magnetometers, unexploded ordnance UXO, unmanned aerial vehicles, reconnaissance flight, mine detection

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentuje řešení a výsledky své bakalářské práce. Následně odpovídá na otázky oponenta dr. Harvánek: Největším problémem byla změna výška terénu? Bylo zvažování nějaké řešení tohoto problému? Student vysvětluje a odpovídá.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Electronics and Communication Technologies (BPC-ECT)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Kadlec, Ph.D. (předseda)
Ing. Michal Kubíček, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Michal Harvánek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Marcoň, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Martin Slanina, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Petr Marcoň, Ph.D.

Student provedl rešerši současných metod měření magnetického pole pomocí bezpilotních letadel a výběr vhodného senzoru, jeho laboratorní testování, návrh a realizaci uchycení a integrace senzoru na UAV, návrh scénáře terénního měření, jeho realizaci, zpracování a analýzu naměřených dat a diskusi výsledků. Všechny body zadání byly splněny v plném rozsahu.

Student provedl podrobnou rešerši magnetometrů i dostupných komerčních senzorů a na jejím základě zvolil opticky čerpaný magnetometr QuSpin QTFM Gen-2. Senzor nejprve ověřil v pozemních (laboratorních) měřeních, následně navrhl a fyzicky zrealizoval jeho uchycení na platformu DJI Matrice 600. Připravil a uskutečnil autonomní i manuální letová měření podle předem definovaného scénáře, naměřená data zpracoval, vizualizoval a kriticky zhodnotil. Nad rámec zadání bylo realizováno doplňkové měření ve Vojenském újezdu Březina.

Technická zpráva má logickou a přehlednou strukturu. Práci lze považovat za rozsáhlejší, což je dáno širokým záběrem tématu a množstvím provedených experimentů. Text je vhodně doplněn obrázky, grafy, mapami magnetických anomálií a tabulkami, které dokládají dosažené výsledky.

Formální úroveň zprávy je velmi dobrá. Drobné formulační či typografické nedostatky se v takto rozsáhlém textu vyskytují jen ojediněle a nesnižují celkový velmi dobrý dojem. Literatura je vhodně zvolena a správně citována.

Výsledkem je funkční měřicí sestava integrovaná na platformě DJI Matrice 600, ověřená reálnými pozemními i letovými měřeními, a sada vlastních skriptů v jazyce python pro zpracování a vizualizaci naměřených dat. Výsledky prokázaly, že navržená sestava je schopna detekovat výraznější magnetické anomálie feromagnetických objektů. Získané poznatky jsou přímo využitelné pro navazující výzkum i praktické aplikace v oblasti detekce kovových objektů a nevybuchlé munice.

Aktivitu studenta hodnotím jako nadprůměrnou. Martin Švéda pracoval na vymezených úkolech samostatně, soustavně a s opravdovým zájmem o řešenou problematiku. Pravidelně konzultoval, aktivně přicházel s vlastními návrhy řešení a operativně reagoval na problémy vznikající při praktické realizaci a terénních měřeních. Některé úkoly se doplňovaly s prací studenta Sokola a díky tomuto propojení vznikly experimenty umožňující navázání na případné další studie.

Bakalářskou práci hodnotím velmi kladně. Student splnil všechny body zadání v plném rozsahu, prokázal schopnost samostatné odborné práce, propojení teorie s praktickou realizací i kritické interpretace vlastních experimentálních výsledků. Práci doporučuji k obhajobě. Points proposed by supervisor: 92

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Zdeněk Roubal, Ph.D.

Student Švéda ve své bakalářské práci nejprve rozebírá principy magnetometrů, rozdělení na skalární a vektorové a podrobně popisuje jejich princip. V následné rešerši uvádí již existující řešení spojení magnetometrů s drony s důrazem na jejich výhody a nevýhody. Zde podrobně uvádí dle relevantní literatury i principy filtrace a zpracování naměřených magnetických dat. Následně je řešeno mechanicky rameno pro zavěšení pod dronem a návrh letové trasy z hlediska výdrže baterie a letové rychlosti. Pro vzorovou minu bylo ve spolupráci se studentem Rastislavem Sokolem provedeno podrobné zmapování magnetických anomálií pro následnou volbu letové výšky nad terénem. Zde pro zpracování naměřených dat student vytvořil řadu vlastních skriptů v programovacím jazyku Python včetně jejich vizualizace. Následovalo proměření dalších typů min v prostředí s menším magnetickým rušením a odhadem jaké cíle lze z dronu detekovat.
Následně pro lokalitu v Holubicích student vytvořil letový plán pro dron DJI Matrice 600, zprovoznil datalogger dodaný k magnetometru QuSpin QTFM Gen-2. Příprava a návrh letového plánu spočívaly v minimalizaci kývání nosného ramena magnetometru a plynulého letu. Rozmístěné feromagnetické miny a objekty byly spolehlivě rubidiovým magnetometrem detekovány i při silnějším větru způsobujícím nestabilitu letu dronu. Zvolené následné pracování klouzavým průměrem a interpolací nearest-neighbor dobře vyřešilo případné magnetické gradienty v prostoru a hledané objekty vykazovaly dobře patrný dipólový charakter. Detekce proběhla úspěšně i pro zakopané protitankové miny a pro následné kontrolní měření ve Vojenském újezdu Březina.
Zadání bakalářské práce považuji za splněné a dosažené výsledky za nadprůměrné. Topics for thesis defence:
  1. Je v naměřených datech nějak patrné rušení z motorů dronu nebo od venkovního vedení 50 Hz?
  2. Bylo by možná změna GPS přijímače v dataloggeru pro přesnější určení výšky případně bylo by možné k vašim datům správné souřadnice dodatečně přiřadit?
Points proposed by reviewer: 95

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová