Bachelor's Thesis

Vehicle classification using magnetometer array

Final Thesis 5.84 MB Appendix 1.4 MB

Author of thesis: Vladimir Voronov

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Ilona Janáková, Ph.D.

Reviewer: Ing. Dominik Řičánek

Abstract:

This bachelor’s thesis focuses on vehicle classification based on data obtained from magnetometers installed near the roadway. Data from the WIM system were used as reference data. The thesis describes the processing of magnetometric signals, data filtering, vehicle passage separation, and axle detection. Based on the processed data, datasets in the form of feature vectors and heatmaps were created for vehicle classifi-
cation using machine learning methods and convolutional neural networks. The thesis also includes a comparison of selected classification methods and an evaluation of the achieved classification accuracy.

Keywords:

Magnetometer, vehicle classification, CNN, heatmap, axle detection, WIM, dataset

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student obhájil bakalářskou práci. Komise neměla žádné námitky k řešené práci. V průběhu odborné rozpravy student odpověděl na dotazy oponenta. Navazující otázka komise směřovala k přesnosti nejúspěšnějšího implementovaného modelu. Kolik bylo použitých magnetometrů při měření a kde byly umístěny? Kterou fyzikální veličinu jste měřil magnetometry? Student zaváhal nad jednotkou magnetické indukce. Student odpověděl na položené otázky komise.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

doc. Ing. Jan Mikulka, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Blaha, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Ilona Janáková, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Kopečný, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Macho, Ph.D. (člen)
Ing. Soňa Šedivá, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Ilona Janáková, Ph.D.

Cílem bakalářské práce bylo navrhnout a implementovat klasifikátor vozidel využívající data ze sady tříosých magnetometrů instalovaných příčně ve vozovce. Práce navazuje na diplomovou práci pana Kunze z minulého roku. Motivací bylo jeho postupy a výsledky dopracovat, vylepšit, případně obohatit o jiné přístupy. 
Práce je logicky členěná, má celkový rozsah 92 stran a je sepsána v českém jazyce. Typograficky je jednotná a na dobré úrovni. Výsledky jsou prezentovány názorně — pomocí grafů průběhů signálů, konfuzních matic a srovnávacích tabulek. Jazyková úroveň je celkově dobrá a text je srozumitelný. Práce nicméně obsahuje občasné stylistické neobratnosti, překlepy a chyby v syntaxi. Student korektně pracuje s odbornou literaturou a cituje 10 relevantních zdrojů včetně práce, na kterou navazuje.
Student přistupoval k řešení bakalářské práce velmi samostatně, někdy až trochu neřízeně, protože nevyžadoval mnoho konzultací a o průběhu prací informoval spíše nárazově. Proto oceňuji jeho schopnost poradit si i s náročnějšími inženýrskými úkoly od čištění surových a neúplných dat až po nasazení pokročilých modelů umělé inteligence. 
Předložená bakalářská práce naplňuje cíle vytyčené v zadání. Student se seznámil s problematikou automatické detekce vozidel, použití magnetometrů a klasifikačními systémy (kap. 1–3). V rámci teorie bych ocenila detailnější zpracování literárních zdrojů ke konkrétnímu řešenému problému, tedy využití dat magnetometrů ke klasifikaci. Dodaný vzorek dat vhodně upravil, filtroval, validoval a anotoval prostřednictvím synchronizace s referenčními daty WIM (kap. 4 a 5). Byly navrženy a implementovány algoritmy pro separaci vozidel a pro detekci a počítání náprav (prahová detekce, normalizace signálu, vyhledávání vrcholů). Student dále navrhl a implementoval klasifikátory ve dvou přístupech — na bázi příznakových vektorů a na bázi konvolučních neuronových sítí nad heatmapami. Zvážil více variant: různé reprezentace vstupního signálu (Sum, Max, All) a dva klasifikační standardy (EUR13 a klasifikaci indukčních smyček). Všechny postupy byly otestovány a vyhodnoceny, dosažené výsledky byly vzájemně porovnány a byly definovány omezující podmínky.
Množství odvedené práce je veliké (množství skriptů, reálná data, několikastupňová validace a filtrace dat, mnoho modelů), ale v analyticko-teoretické části (strojové učení a zpracování dat) student udělal několik pochybení. Úspěšnost modelů prezentuje primárně pomocí celkové přesnosti (Accuracy), která však u nevyvážených dat může být zavádějící. Z předložených matic záměn je zřejmé, že u méně zastoupených tříd klasifikátory vykazují vyšší chybovost. V práci schází hlubší statistické vyhodnocení pomocí doplňujících metrik, jako jsou Recall, Precision či F1-skóre pro jednotlivé třídy, a také pokus o nápravu tohoto stavu například metodami datové augmentace nebo syntetického vyvažování tříd. Určitou koncepční nejasnost spatřuji také v postupu předzpracování dat pro hluboké učení. Převzorkování/interpolace dat na 10000 vzorků (ke sjednocení délky průjezdů různých vozidel pro osu x v heatmapách) a následné předložení těchto heatmap architekturám jako GoogleNet nebo ResNet, které mají pevně definovaný vstup 224×224 pixelů, je neefektivní, časově i paměťově neekonomické. Tyto skutečnosti ukazují na slabší místo v nastudování nebo pochopení problematiky. 
Dosažené výsledky jsou prakticky využitelné. Realizačními výstupy jsou kompletní zpracovatelský řetězec v prostředí MATLAB, vytvořené datasety (příznakové vektory i obrazové heatmapy) a strukturované, komentované přípravné i trénovací skripty, které představují vhodný základ pro další navazující práci v oblasti WIM/ITS. Lze tak konstatovat, že pan Voronov prokázal bakalářské schopnosti, proto práci doporučuji k obhajobám s hodnocením B (82 b). Points proposed by supervisor: 82

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Dominik Řičánek

Student Vladimir Voronov měl za úkol klasifikovat vozidla pomocí magnetometrů na základě dat získaných z WIM (weight in motion) systému. Data si student sám protřídil a navrhnul několik klasifikačních metod, které na závěr porovnal. Kód je psán v prostředí Matlab.
Obsahová část práce má 62 stran a je rozdělena na úvod, teoretickou část – čímž je: obecný rozbor detekce vozidel, detekce vozidel s využitím magnetometrů a obecný rozbor klasifikace vozidel – a praktickou část – která zahrnuje: sběr dat, jejich zpracování, přípravu pro trénování modelu strojového učení a výběr vhodných modelů – stěžejní části práce jsou pak shrnuty na jedné stránce závěru. Student pracuje s odbornou literaturou, nicméně v celé práci cituje pouze 10 zdrojů.
Úvod stručně shrnuje dosavadní pokrok v řešené problematice – zde bych pouze ocenil rozšíření o popis ostatních metod klasifikace vozidel, společně s odkazy na patřičné vědecké práce a jejich porovnání s metodou využívající magnetometry.
V teoretické části pan Voronov detailně popisuje obecné principy detekce vozidel a metody specifické jeho práci, jako je WIM a konkrétně problém s využíváním magnetometrů – čemuž věnuje samostatnou kapitolu. Dále zde popisuje různé systémy WIM a proces sběru dat, která využil k vytvoření klasifikátoru.
V praktické části student správně začíná analýzou a filtrací obdrženého datasetu, kterou provádí automaticky pomocí [DR1.1]Matlabu, tímto způsobem redukuje původní dataset o takřka polovinu. Jakožto vstupní hodnoty klasifikačních modelů student volí průměrnou hodnotu měřených signálů a maximální hodnotu, obě řešení později porovnává. Navíc používá Hampelova filtru v kombinaci s klouzavým průměrem pro odstranění impulzního šumu. Pan Voronov používá sofistikované prahování k rozlišení jednotlivých vozidle a souprav, přičemž popisuje úskalí, na která narazil, a která kreativně vyřešil. Následně automatizovaně vytváří příznaky pro učení MLP a konvolučních neuronových sítí, kterými klasifikuje vozidla na základě magnetometrické heatmapy. Část práce zabývající se konvolučními neuronovými sítěmi očividně nebyla probádána zdaleka do takové hloubky jako část využívající příznakové vektory, a jde to vidět, ResNet18, který vyšel nejlépe z CNN modelů se nevyrovná nejlepšímu kandidátovy modelů příznakových vektorů: Boosted Trees. Ani jeden z modelů nicméně nedosahuje přesnosti vyšší než 92%, což v kontextu extrémní nevyváženosti datasetu není příliš povzbudivé.
Práce ukazuje schopnosti očekávatelné od bakaláře. Doporučuji k obhajobě se stupněm B (87b). Topics for thesis defence:
  1. 1. Jak by se podle Vás změnila úspěšnost klasifikace, pokud by byl dataset vyváženější a obsahoval výrazně více osobních vozidel, motocyklů a lehkých užitkových vozidel, které jsou v použitých datech zastoupeny omezeně?
  2. 2. Jaké přesnosti bude Váš nejlepší model dosahovat, pakliže nebudete při výpočtu přesnosti uvažovat nejvíce zastoupenou třídu?
Points proposed by reviewer: 87

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová