Analýza a porovnání algoritmů pro hledání tras nad prostorovými daty

Název práce: Analýza a porovnání algoritmů pro hledání tras nad prostorovými daty
Autor(ka) práce: Podešť, Michal
Typ práce: Diplomová práce
Vedoucí práce: Sládek, Pavel
Oponenti práce: Maryška, Miloš
Jazyk práce: Česky
Abstrakt:
Diplomová práce se zabývá automatizovaným trasováním vedení velmi vysokého a zvláště vysokého napětí (VVN/ZVN) v podmínkách české krajiny a navrhuje, implementuje a experimentálně ověřuje metodiku, která nad jednotnou geoprostorovou datovou základnou srovnává deterministický a adaptivní přístup k hledání trasy. Nákladová mapa je sestavena z 32 tematických vrstev databáze ZABAGED, digitálního modelu reliéfu a sklonového rastru, doplněných o mechanismy vnitřního gradientu chráněných území, ochranných pásem zástavby a sklonové penalizace. Prvním trasovacím přístupem je Dijkstrův algoritmus nad rozšířeným stavovým prostorem zahrnujícím příchozí směr a počet skokových hran, který poskytuje matematicky optimální referenční trasu. Druhým přístupem je hluboké zpětnovazební učení v podobě algoritmu MaskablePPO, jehož agent je formulován jako Markovský rozhodovací proces a trénován v knihovně Stable-Baselines3. Citlivost trasy na konstrukci nákladové mapy je ověřena ve čtyřech izolovaných experimentech (gradient chráněných území, buffer kolem zástavby, sklonová penalizace, váhy krajinného pokryvu). Výsledky ukazují, že geometrie trasy je dominantně řízena vahami krajinného pokryvu a polohou neprůchozích polygonů; sklonová penalizace a buffery zástavby působí spíše lokálně. Dijkstrův algoritmus dosahuje deterministicky optimálních a geometricky plynulejších tras, PPO agent generuje trasy delší a nákladnější, ale nabízí stochastickou variabilitu řešení, rychlou inferenci nezávislou na velikosti území a prokazatelnou generalizaci na neviděné krajinné konfigurace bez nutnosti dotrénování.
Klíčová slova: trasování elektrického vedení; nákladová mapa; analýza nejnižších nákladů; Dijkstrův algoritmus; hluboké zpětnovazební učení; Proximal Policy Optimization; geografické informační systémy
Název práce: Analysis and Comparison of Algorithms for Route Finding over Geospatial Data
Autor(ka) práce: Podešť, Michal
Typ práce: Diploma thesis
Vedoucí práce: Sládek, Pavel
Oponenti práce: Maryška, Miloš
Jazyk práce: Česky
Abstrakt:
This thesis addresses automated routing of high voltage transmission lines (VVN/ZVN) in the Czech landscape and proposes, implements, and experimentally evaluates a methodology that compares a deterministic and an adaptive routing approach over a unified geospatial data base. The cost map is constructed from 32 thematic layers of the ZABAGED database, a digital terrain model, and a slope raster, complemented by mechanisms for inward gradients of protected areas, buffer zones around built-up land, and slope penalization. The first routing approach is Dijkstra's algorithm operating on an extended state space that incorporates the incoming direction and the number of long-jump edges used, providing a mathematically optimal reference path. The second approach is deep reinforcement learning in the form of the MaskablePPO algorithm; the routing task is formulated as a Markov Decision Process, and the agent is trained using the Stable-Baselines3 library. Sensitivity of the resulting path to cost-map construction is examined in four isolated experiments (protected-area gradient, built-up buffer shape, slope penalty, land-cover weights). The results show that path geometry is primarily driven by land-cover weights and by the location of impassable polygons, while slope penalty and built-up buffers act locally. Dijkstra's algorithm yields deterministically optimal and geometrically smoother routes, whereas the PPO agent produces longer and costlier routes but offers stochastic solution variability, fast inference independent of the area size, and demonstrable generalization to unseen landscape configurations without retraining.
Klíčová slova: Dijkstra's algorithm; deep reinforcement learning; Proximal Policy Optimization; geographic information systems; cost surface; power line routing; least-cost path analysis

Informace o studiu

Studijní program / obor: Aplikovaná datová analytika a umělá inteligence/Datová analytika ve výrobních podnicích
Typ studijního programu: Magisterský studijní program
Přidělovaná hodnost: Ing.
Instituce přidělující hodnost: Vysoká škola ekonomická v Praze
Fakulta: Fakulta informatiky a statistiky
Katedra: Katedra informačních technologií

Informace o odevzdání a obhajobě

Datum zadání práce: 9. 11. 2025
Datum podání práce: 1. 5. 2026
Datum obhajoby: 5. 6. 2026
Identifikátor v systému InSIS: https://insis.vse.cz/zp/94404/podrobnosti

Soubory ke stažení

    Poslední aktualizace: