Master's Thesis

Complex Methods for Measuring Light Pollution

Final Thesis 32.29 MB

Author of thesis: Ing. Zdeněk Novotný

Acad. year: 2025/2026

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

Reviewer: Ing. Filip Novák

Abstract:

This thesis examines comprehensive methods for measuring light pollution, with a focus on the spatial characteristics of lighting and their quantification using integral light field characteristics. The thesis assesses the impact of artificial nighttime lighting on living organisms through photopic and melanopic quantities defined by the CIE S 026/E:2018 standard and uses the ALAN score methodology as an objective framework for comparing measured locations. The thesis includes a description of the U500 and G-index methodologies for the spectral characterization of light sources and the procedure for capturing and processing panoramic HDR images using the LDA-LumiDISP luminance analyzer.  Field measurements were conducted at sixteen locations in Brno and in the village of Mokrá–Horákov. The results show that the level of light pollution is significantly influenced primarily by local light sources and their spectral composition, which has a fundamental impact on the melanopic load of the surrounding environment. The study also presents and validates algorithms for panorama stitching and rotation, which refine the processing of spatial photometric data and provide more consistent results. The output is a comprehensive methodology for measuring and analyzing light pollution that can be used for further research and for optimizing public lighting.

Keywords:

Light pollution, ALAN score, illuminance, integral characteristics of the light field, melanopic irradiance, luminance analyser, Hammer–Aitoff projection

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil komisi s výsledky své diplomové práce. S posudky seznámili komisi vedoucí práce doc. Baxant a oponent Ing. Novák. Vedoucí práce hodnotil stupněm A s 93 b. Oponent hodnotil stupněm A s 99 b. Následnou rozpravu zahájil Ing. Novák položením otázek oponenta. Doplňující dotaz položil Dr. Bátora na způsoby nočního ostření fotoaparátu, na způsob skládání panoramatu a způsob hledání severu v městské zástavbě. Další dotaz položil Dr. Krbal na srovnání rozptylu světla LED zdrojů a vysokotlakých sodíkových výbojek v mlze a smogu. Student na dotazy bez výhrad odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Electrical Power Engineering (MPC-EEN)

Composition of Committee

prof. Ing. Petr Toman, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Mastný, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Branislav Bátora, Ph.D. (člen)
Ing. Štěpán Foral, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Krbal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Kašpírek, Ph.D. (člen)

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

Student Zdeněk Novotný zpracovával diplomovou práci na téma Komplexní metody měření světelného znečištění, jejímž cílem bylo popsat a prakticky ověřit metodiku měření a hodnocení světelného znečištění se zaměřením na prostorové vlastnosti osvětlení a jejich kvantifikaci pomocí integrálních charakteristik světelného pole. Dle zadání se měl student zabývat současným stavem problematiky, měřicí technikou na Ústavu elektroenergetiky, měřicím systémem ALANISATOR a metodikou ALAN, terénním měřením s přístrojem, ukládáním dat do informačního systému a konečně vyhodnocením a srovnáním naměřených hodnot a lokalit dle ALAN skóre.
Mohu konstatovat, že všechny body zadání byly v práci vypořádány. Teoretická část přehledně definuje integrální veličiny (kulová, válcová, polokulová a poloválcová osvětlenost), melanopické a α-opické veličiny dle normy CIE S 026/E:2018, metodiky U500 a G-index a metodiku hodnocení ALAN skóre včetně kombinovaného indikátoru CAS2024. Praktická část je těžištěm práce – student realizoval terénní měření jasovým analyzátorem LDA-LumiDISP a systémem ALANISATOR na šestnácti lokalitách v Brně a v obci Mokrá–Horákov, zpracoval panoramatické HDR snímky transformované Hammer–Aitoffovou projekcí a naměřená data uložil a vyhodnotil v informačním systému ALANIS. Výsledky přesvědčivě dokládají, že úroveň světelného znečištění je dána především lokálními světelnými extrémy a spektrálním složením zdrojů, zejména podílem modré složky u LED svítidel.
Tvůrčí přínos Zdeňka Novotného spatřuji především v aktivním podílu na rozvoji měřicí metodiky pracoviště. Nad rámec běžného sběru dat se student zabýval návrhem a ověřením nových algoritmů pro skládání panoramatických snímků s plynulými přechody mezi dílčími HDR snímky a pro jejich rotaci. Tato práce byla matematicky poměrně náročná a řešil ji s podporu vedoucího a otestoval navržené skripty v praxi. Aktualizovaný algoritmus potlačuje chyby způsobené zdvojením světelných zdrojů, což se projevilo konzistentním poklesem fotopických hodnot o 8 až 10 % a melanopických o 3 až 4 %, a student jej validoval mimo jiné ověřením očekávaných vztahů mezi poloválcovou a válcovou, resp. polokulovou a sférickou osvětleností. Tyto výsledky přinášejí fyzikálně přesnější a konzistentnější zpracování prostorových fotometrických dat a jsou bezprostředně využitelné pro další činnost světelné skupiny FEKT VUT.
Student pracoval po celou dobu studia samostatně a svou činnost konzultoval v dostatečné míře, přičemž na konzultace přicházel připravený a s konkrétními dílčími dotazy a výsledky. Oceňuji jeho osobní aktivitu a osobní nasazení při terénních měřeních, která probíhala v náročných nočních podmínkách a často za účasti více osob; právě tato týmová organizace měření, do níž se student aktivně zapojoval, se ukázala jako klíčová pro efektivitu i bezpečnost práce. Student rovněž samostatně řešil řadu technických komplikací doprovázejících práci s prototypovou sestavou (komunikační výpadky komponent, obtíže s automatickým zaostřením v noci, časová náročnost přenosu a zpracování dat) a získané poznatky vhodně zúročil v doporučeních pro metodiku měření.
Student prokázal, že se dobře orientuje v problematice, která zatím není běžnou součástí studia v tomto stupni a která je přitom celosvětovým fenoménem. Prokázal schopnost pracovat s prototypovou měřicí technikou a vývojovým softwarem, samostatně zpracovávat a interpretovat data i kriticky reflektovat omezení použité metodiky. Má velmi dobré předpoklady pro vývojovou a výzkumnou práci a získané zkušenosti může dále rozvinout, ať už v praxi nebo v navazujícím doktorském studiu. Vytvořený datový základ i navržené algoritmy si zaslouží pokračování.
Práci doporučuji k obhajobě u státní závěrečné zkoušky. Points proposed by supervisor: 93

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Filip Novák

Student Bc. Zdeněk Novotný se ve své diplomové práci „Komplexní metody měření světelného znečištění“ věnoval využití jasových analyzátorů pro analýzu umělého světla v noci. V první, teoretické části student popisuje základní světelně technické parametry, dále možné formy a dopady světelného znečištění a také samotný přístroj LDA LumiDISP, resp. jeho rozšířenou verzi ALANISATOR. V praktické části je pak popsána metodika měření, způsob hodnocení umělého světla v nocí pomocí ALAN score a také samotná naměřená data, která jsou dále analyzována.
Práce je poměrně rozsáhlá a obsahuje velké množství informací i obsáhlý rozbor naměřených dat. Tento rozsah hodnotím pozitivně, práce je logicky členěna a vcelku příjemně se četla. K práci nemám v žádné podstatné připomínky, jen bych doporučil vedle měření jasovým analyzátorem provést alespoň ukázkové měření spektra pro některé měřicí body.
Práci hodnotím velmi pozitivně a doporučuji k obhajobě Topics for thesis defence:
  1. Jak by mohly výsledky pro vybraný měřicí bod vypadat, pokud bychom měření provedli za jasného počasí a během mlhy?
  2. Jakým způsobem byly jednotlivé měřicí body vybírány?
Points proposed by reviewer: 99

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová