GERASINA, E. Modelování proudění vody v zemině pro řízení závlah [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2025.
Studentka Ekaterina Gerasina ve své bakalářské práci pojednává o matematickém modelování proudění vody v zemině a následném návrhu řídicího systému pro regulaci závlah. Téma práce navrhla sama studentka na základě své oblasti zájmů a neodradilo ji od něj ani mé upozornění, že modelování proudění vody v porézním médiu, které běžně vede na nelineární parciální diferenciální rovnici parabolického typu, patří mezi jeden z nejnáročnějších teoretických problémů v přírodních vědách. Na základě 29 literárních zdrojů, z nichž převážnou část tvoří odborné články v anglickém jazyce, které jsou v práci řádně citovány, byla studentka schopna transformovat parciální diferenciální rovnici na systém lineárních diferenciálních rovnic, přičemž její řešení zohledňuje i jevy jako odběr vody kořeny rostliny a odtok vody do spodních vrstev půdy. Na rozdíl od většiny modelů dostupných v literatuře, které cílí především na zpřesnění predikce vlhkosti zeminy, umožňuje prezentovaný přístup zachytit podstatnou dynamiku systému jednoduchým modelem a usnadňuje tedy i následný návrh řídicího systému závlah, což pokládám za velmi inovativní. Zvláštní pozornost si zaslouží také část práce zaměřená na návrh řídicího systému, kde studentka prokázala vysokou míru technického porozumění. Pomocí kaskádního uspořádání regulátorů úspěšně ošetřila problém nasycení vrchních vrstev zeminy při řízeném zavlažování. Její řešení spoléhá na rychlý PI regulátor ve vnitřní smyčce řídící vlhkost na povrchu půdy a stavový regulátor ve vnější smyčce udržující průměrnou vlhkost v půdním vzorku na žádané hodnotě. Navržené řešení studentka úspěšně otestovala na čtyřech odlišných půdních vzorcích simulovaných v programu MATLAB Simulink. Zvolený postup svědčí o vynikajících bakalářských schopnostech a s ohledem na stavovou regulaci i o přesahu znalostí do magisterského studia. Formální a prezentační úroveň práce jsou rovněž na vynikající úrovni. Všechny grafické prvky jsou vytvořeny ve vektorovém formátu a mají vysokou vypovídající hodnotu. Studentka se na ně poté řádně odkazuje v textu práce, který obsahuje minimální množství gramatických chyb a překlepů a důkladně dokumentuje samotný postup při zpracování daného tématu. Za jediný nedostatek by se dal považovat chybějící seznam výpisů kódu. Se svými 47 stranami od úvodu po závěr se práce pohybuje v doporučeném rozsahu pro bakalářské práce a působí vyváženě po stránce obsahu i formy. Studentka se ke konci semestru nedostala do časové tísně. Práci odevzdala s předstihem a byla do ní schopna zapracovat i veškeré připomínky ze strany vedoucího. Po celou dobu pracovala svědomitě, účastnila se pravidelných konzultací a předkládala řadu vlastních nápadů a řešení. Zúčastnila se také soutěže Student EEICT 2025 s článkem „Soil water flow modeling for irrigation control,“ kde opublikovala tvorbu modelu proudění vody v zemině. Ve své kategorii se umístila na třetím místě. Závěrem lze poté říct, že všechny body zadání byly splněny a práce svědčí o vynikajících bakalářských schopnostech studentky. Navrhuji proto hodnocení 99 bodů – A.
Předložená bakalářská práce je velmi kvalitní a systematicky zpracovaná. Pokrývá široké spektrum témat z oblasti popisu chování půdy s ohledem na udržování vody, matematického modelování těchto jevů, diskretizace systémů a jejich řízení. Od úvodu po závěr čítá 48 stran, což je na horní hranici doporučeného rozsahu. Už jen z rozsahů kapitol úvodu, cílů práce a závěru, které jsou na bakalářskou práci nadstandartní, je jasné, že studentka ví, o čem píše, že se výborně orientuje v řešené problematice a že dosáhla množství zajímavých výsledků. Obtížnost práce shledávám jako velmi vysokou, nejen proto, že jsou v práci využívána témata, která se probírají až v magisterskému studiu, ale také z důvodu jejího multidisciplinárního pojetí. Práce vychází z hlubokého pochopení fyzikálních procesů spojených s pohybem vody v půdě a jejich matematického popisu pomocí Richardsovy rovnice, rozšířené o Gardnerův model relativní permeability a Feddesův model příjmu vody kořenovým systémem. Studentka provedla precizní matematickou formulaci popisující množství vody v jednotlivých vrstvách půdy. Tento model diskretizovala a převedla do stavové reprezentace pro efektivní využití řídicích struktur. Na tento model navrhla kaskádní regulátor, kde kombinuje PI regulátor se zpětnovazební kompenzací odtokového množství pro vnitřní smyčku a stavový regulátor pro vnější smyčku. Práce dále obsahuje simulaci chování modelu a ověření navržené regulační struktury. Postup a prezentované výsledky považuji za velmi zdařilé. Na práci je nutné vyzdvihnout vysokou úroveň českého jazyka. Přestože studentka není rodilý mluvčí, je práce napsána velmi dobrou češtinou, bez gramatických chyb a většího množství překlepů. Jsou zde možná ne zcela přesně používány některé pojmy, jako třeba „matice stavů A“ (v české literatuře se používá spíše systémová matice, matice dynamiky systému, nebo zpětnovazební matice), ale protože se tato tematika probírá až v magisterském studiu, nepovažoval bych tuto ani podobné odchylky za výtku. Práce s literaturou je typická, ale až tak pro teze k disertační práci. Studentka cituje 29 literárních zdrojů, se kterými správně pracuje v celé práci. Nutno zmínit, že se jedná o vědecké a odborné publikace, nikoliv o datové listy, nebo příručky k programům. U citace [1] se nějaké vytratily závkorky a část textu, literaturu [29] autoroval prof. Štecha (ne Štěha) na Českém vysokém (ne výsokém) učení technickém. Jelikož jsem měl možnost posuzovat příspěvek studentky na studentské soutěži EEICT 2025, zmínil bych to jako další pozitivní aktivitu k její bakalářské práci, přestože bude zcela jistě zmíněna v posudku vedoucího. Předložená bakalářská práce nepochybně svědčí o bakalářských schopnostech studentky, protože je posouvá mnohem dál. Práci hodnotím 99 body.
eVSKP id 168031