diff --git a/B05_wf2_Route/B05_wf2_Route_Engine_Watershed_Basin.py b/B05_wf2_Route/B05_wf2_Route_Engine_Watershed_Basin.py index 3a03ff5b..57841d48 100644 --- a/B05_wf2_Route/B05_wf2_Route_Engine_Watershed_Basin.py +++ b/B05_wf2_Route/B05_wf2_Route_Engine_Watershed_Basin.py @@ -35,6 +35,10 @@ from B05_wf2_Route.B05_wf2_Route_Engine_Drainage import ( find_stream_crossings, is_uphill_at, ) +from B05_wf2_Route.B05_wf2_Route_Engine_Watershed_Descent import ( + ContourDescent, + build_contour_descent, +) from B05_wf2_Route.B05_wf2_Route_Engine_Watershed_Flow import ( FlowClassification, RoadRaster, @@ -50,7 +54,6 @@ from B05_wf2_Route.B05_wf2_Route_Engine_Watershed_Grid import ( GridSpec, TerrainGrid, build_contour_cloud, - build_terrain_grid, route_elevation_floor, ) from B05_wf2_Route.B05_wf2_Route_Engine_Watershed_Stream import ( @@ -58,7 +61,6 @@ from B05_wf2_Route.B05_wf2_Route_Engine_Watershed_Stream import ( build_primary_region, ) from config.config_system import ( - DRAINAGE_CONTOUR_CLIP_MARGIN_M, DRAINAGE_DITCH_SAMPLE_M, DRAINAGE_EXPAND_STEP_M, DRAINAGE_GRID_SIZE_M, @@ -215,6 +217,7 @@ class StagePreview: terrain: TerrainGrid | None = None road: RoadRaster | None = None flow: FlowClassification | None = None + descent: ContourDescent | None = None def preview_stages( @@ -224,8 +227,12 @@ def preview_stages( ) -> StagePreview | None: """지금까지 구현·검증된 단계를 순서대로 돌려 결과를 모은다. - 현재 포함: ① 1차 배수유역 ② 격자 생성 ③ 표고·D8 ④ 흐름 방향/도로 도달 판정. - **격자 확장은 넣지 않는다** — 다음 검증 단계다(2026-07-31 사용자 지시). + 현재 포함: ① 1차 배수유역 ② 격자 생성 ③ **등고선 하강 방향** ④ 도로 도달 판정. + + ③은 보간면(TIN)을 쓰지 않는다. 높은 등고 라인에서 낮은 등고 라인으로 내려가며 방향을 + 세우므로 가짜 웅덩이·평탄면이 원리적으로 생기지 않는다(2026-07-31 사용자 지시로 방식 교체). + + **격자 확장은 넣지 않는다** — 다음 검증 단계다. """ if len(vertices) < 2: return None @@ -234,31 +241,29 @@ def preview_stages( if region is None: return None - # TIN은 격자 범위 + 여유만큼만 읽는다. 확장이 없으므로 여유는 클리핑 마진이면 충분하다. spec = region.spec - cloud = build_contour_cloud( - contour_features, - route_elevation_floor([vertex.z for vertex in vertices]), - ( - spec.x_min - DRAINAGE_CONTOUR_CLIP_MARGIN_M, - spec.y_max - spec.n_rows * spec.cell_m - DRAINAGE_CONTOUR_CLIP_MARGIN_M, - spec.x_min + spec.n_cols * spec.cell_m + DRAINAGE_CONTOUR_CLIP_MARGIN_M, - spec.y_max + DRAINAGE_CONTOUR_CLIP_MARGIN_M, - ), - ) - if cloud.is_empty: - logger.warning("배수유역: 격자 범위 안에 등고선이 없어 흐름 판정을 건너뜁니다.") + started = time.perf_counter() + floor = route_elevation_floor([vertex.z for vertex in vertices]) + descent = build_contour_descent(spec, contour_features, region.cell_mask, floor) + if not descent.valid.any(): + logger.warning("배수유역: 등고선 하강 방향을 세우지 못해 흐름 판정을 건너뜁니다.") return StagePreview(region=region) - started = time.perf_counter() - terrain = build_terrain_grid(spec, cloud, region.cell_mask) + # 이후 단계(유역 제원)가 표고를 쓰므로 밴드 표고를 지형 격자로 함께 들고 간다. + terrain = TerrainGrid( + spec=spec, + elevation=descent.band_elevation, + valid=descent.valid, + receiver=descent.receiver, + step_length=descent.step_length, + ) road = rasterize_road(spec, route_line, DRAINAGE_ROAD_WIDTH_M) # 확정된 상류 세류망을 따라 흐름을 새긴다 — 세류선 위 셀과 그리로 흘러드는 셀은 - # 반드시 도로에 도달해야 한다(TIN 보간면은 실제 물골을 재현하지 못한다). + # 반드시 도로에 도달해야 한다. terrain, burned = burn_stream_flow(terrain, road, region.split.upstream) - flow = classify_flow(terrain, road, burned) + flow = classify_flow(terrain, road, burned, azimuth=descent.azimuth) logger.info("배수유역: 흐름 판정 %.1fs (셀 %d개)", time.perf_counter() - started, spec.size) - return StagePreview(region=region, terrain=terrain, road=road, flow=flow) + return StagePreview(region=region, terrain=terrain, road=road, flow=flow, descent=descent) # ── ③~④ 격자 해석 (캐시 대상) ─────────────────────────────────────────────── diff --git a/B05_wf2_Route/B05_wf2_Route_Engine_Watershed_Descent.py b/B05_wf2_Route/B05_wf2_Route_Engine_Watershed_Descent.py new file mode 100644 index 00000000..faa429f4 --- /dev/null +++ b/B05_wf2_Route/B05_wf2_Route_Engine_Watershed_Descent.py @@ -0,0 +1,265 @@ +"""등고선 기반 흐름 방향 — 높은 등고 라인에서 낮은 등고 라인으로 내려가며 방향을 세운다. + +기존 방식(등고선 → TIN 보간 → 지표면 기울기 → D8)은 보간면이 만든 가짜 웅덩이와 평탄 +삼각형 때문에 흐름이 중간에서 끊겼다. 실데이터에서 채움·평탄해소를 거치고도 싱크가 수천 개 +남았고, 그 싱크 하나가 상류 유역 전체를 통째로 삼켰다. + +여기서는 **보간면을 거치지 않는다.** 등고선을 격자에 직접 굽고, 셀마다 "내가 속한 등고 +라인보다 한 단 낮은 등고 라인"이 어디인지를 찾아 그쪽으로 방향을 준다(2026-07-31 사용자 지시). + + ① 등고선을 격자에 굽는다 — 셀이 어느 표고의 라인 위인지 기록 + ② 셀마다 가장 가까운 등고 라인을 찾아 그 표고를 '밴드'로 삼는다 + ③ 표고가 높은 밴드부터 내려오며, 각 밴드에서 **한 단 낮은 등고 라인까지의 거리**를 잰다 + ④ 위치에너지 = 밴드 순위 × 큰 수 + 그 거리 + ⑤ 수신 셀 = 위치에너지가 더 낮은 8이웃 중 화살표 방향에 가장 가까운 셀 + +④의 위치에너지는 흐름을 따라 반드시 감소한다. 그래서 **순환도 웅덩이도 원리적으로 생기지 +않는다** — 채움이나 평탄면 해소가 아예 필요 없다. + +⑤ 덕분에 화면 화살표(32방위)와 실제 추적 경로가 항상 같은 방향을 가리킨다. 예전에는 +화살표는 기울기, 추적은 D8이라 서로 어긋나 눈으로 검증할 수가 없었다. +""" + +from __future__ import annotations + +import logging +import math +from dataclasses import dataclass +from typing import Any + +import numpy as np +from rasterio.features import rasterize +from scipy.ndimage import distance_transform_edt +from shapely.geometry import shape + +from B05_wf2_Route.B05_wf2_Route_Engine_Watershed_Grid import ( + AZIMUTH_INVALID, + AZIMUTH_SINK, + AZIMUTH_STEPS, + GridSpec, + _feature_elevation, + grid_transform, + iter_linestrings, +) +from config.config_system import DRAINAGE_CONTOUR_MIN_LENGTH_M + +logger = logging.getLogger(__name__) + +# 8이웃 (행 증분, 열 증분). +_NEIGHBOURS = ( + (-1, -1), + (-1, 0), + (-1, 1), + (0, -1), + (0, 1), + (1, -1), + (1, 0), + (1, 1), +) + + +@dataclass +class ContourDescent: + """등고선에서 직접 세운 흐름 방향 격자.""" + + spec: GridSpec + band_elevation: np.ndarray # (R, C) float32 — 셀이 속한 등고 라인 표고, 무효는 NaN + valid: np.ndarray # (R, C) bool — 방향을 세운 셀 + receiver: np.ndarray # (R*C,) int32 — 다음 셀, 최하단 밴드는 자기 자신 + step_length: np.ndarray # (R*C,) float32 + azimuth: np.ndarray # (R*C,) int16 — 32방위 코드(32=제자리, 33=무효) + levels: list[float] # 사용된 등고 표고(내림차순) + + +def rasterize_contours( + spec: GridSpec, + contour_features: list[dict[str, Any]], + elevation_floor_m: float | None = None, +) -> tuple[np.ndarray, list[float]]: + """등고선을 격자에 굽는다. 셀마다 그 위를 지나는 등고 라인의 표고(없으면 NaN).""" + by_level: dict[float, list[Any]] = {} + for feature in contour_features: + geometry = feature.get("geometry") + if not geometry: + continue + elevation = _feature_elevation(feature.get("properties") or {}) + if elevation is None: + continue + if elevation_floor_m is not None and elevation < elevation_floor_m: + continue + try: + parsed = shape(geometry) + except Exception: # noqa: BLE001 + continue + for line in iter_linestrings(parsed): + if line.length < DRAINAGE_CONTOUR_MIN_LENGTH_M: + continue + by_level.setdefault(float(elevation), []).append(line) + + burned = np.full((spec.n_rows, spec.n_cols), np.nan, dtype=np.float32) + levels = sorted(by_level, reverse=True) + transform = grid_transform(spec) + for elevation in levels: + stamp = rasterize( + [(line, 1) for line in by_level[elevation]], + out_shape=(spec.n_rows, spec.n_cols), + transform=transform, + fill=0, + dtype="uint8", + all_touched=True, + ).astype(bool) + # 낮은 표고부터 덮어써야 겹치는 셀이 낮은 라인으로 남는다 — 물은 낮은 쪽으로 간다. + burned[stamp] = elevation + logger.info( + "배수유역: 등고 라인 %d단(%.0f~%.0fm)을 격자에 굽어 %d셀", + len(levels), + levels[-1] if levels else 0.0, + levels[0] if levels else 0.0, + int(np.isfinite(burned).sum()), + ) + return burned, levels + + +def build_contour_descent( + spec: GridSpec, + contour_features: list[dict[str, Any]], + domain: np.ndarray | None = None, + elevation_floor_m: float | None = None, +) -> ContourDescent: + """등고선만으로 셀별 흐름 방향을 세운다. 보간면을 만들지 않는다.""" + rows, cols = spec.n_rows, spec.n_cols + burned, levels = rasterize_contours(spec, contour_features, elevation_floor_m) + empty = ContourDescent( + spec=spec, + band_elevation=np.full((rows, cols), np.nan, dtype=np.float32), + valid=np.zeros((rows, cols), dtype=bool), + receiver=np.arange(spec.size, dtype=np.int32), + step_length=np.zeros(spec.size, dtype=np.float32), + azimuth=np.full(spec.size, AZIMUTH_INVALID, dtype=np.int16), + levels=levels, + ) + if len(levels) < 2: + logger.warning("배수유역: 등고 라인이 2단 미만이라 방향을 세울 수 없습니다.") + return empty + + on_contour = np.isfinite(burned) + # ② 셀마다 가장 가까운 등고 라인의 표고 = 그 셀의 밴드. + _, (near_row, near_col) = distance_transform_edt(~on_contour, return_indices=True) + band_elevation = burned[near_row, near_col].astype(np.float32) + inside = domain if domain is not None else np.ones((rows, cols), dtype=bool) + band_elevation = np.where(inside, band_elevation, np.nan) + + # ③④ 높은 밴드부터 내려오며 한 단 낮은 등고 라인까지의 거리와 목표 셀을 구한다. + distance = np.full((rows, cols), np.inf, dtype=np.float32) + target_row = np.zeros((rows, cols), dtype=np.int32) + target_col = np.zeros((rows, cols), dtype=np.int32) + band_rank = np.full((rows, cols), -1, dtype=np.int32) + for rank, elevation in enumerate(levels[:-1]): + members = inside & (band_elevation == elevation) + if not members.any(): + continue + lower = on_contour & (burned < elevation) + if not lower.any(): + continue + step_distance, (step_row, step_col) = distance_transform_edt(~lower, return_indices=True) + distance[members] = step_distance[members].astype(np.float32) + target_row[members] = step_row[members] + target_col[members] = step_col[members] + band_rank[members] = len(levels) - 1 - rank # 높을수록 큰 값 + + # 최하단 밴드는 더 내려갈 등고 라인이 없다. 무효로 빼지 않고 **정지 셀**로 남긴다 — + # 그래야 그 자리가 도로·세류선이면 적색으로 잡히고, 아니면 물이 고이는 지점으로 보인다. + lowest = inside & (band_elevation == levels[-1]) & (band_rank < 0) + if lowest.any(): + distance[lowest] = 0.0 + band_rank[lowest] = 0 + + valid = band_rank >= 0 + if not valid.any(): + logger.warning("배수유역: 하강 방향을 세운 셀이 없습니다.") + return empty + + # 밴드가 하나 낮아지면 위치에너지가 반드시 떨어지도록 거리 최대치보다 큰 간격을 준다. + finite = distance[valid & np.isfinite(distance)] + span = (float(finite.max()) if finite.size else 1.0) + 2.0 + distance[valid & ~np.isfinite(distance)] = 0.0 + potential = np.where(valid, band_rank.astype(np.float64) * span + distance, np.inf) + + receiver, step_length, azimuth = _route_by_potential( + spec, potential, valid, target_row, target_col + ) + logger.info( + "배수유역: 등고선 하강 방향 %d셀 (밴드 %d단), 최하단 정지 %d셀", + int(valid.sum()), + int(band_rank[valid].max() - band_rank[valid].min() + 1), + int((azimuth == AZIMUTH_SINK).sum()), + ) + return ContourDescent( + spec=spec, + band_elevation=np.where(valid, band_elevation, np.nan).astype(np.float32), + valid=valid, + receiver=receiver, + step_length=step_length, + azimuth=azimuth, + levels=levels, + ) + + +def _route_by_potential( + spec: GridSpec, + potential: np.ndarray, + valid: np.ndarray, + target_row: np.ndarray, + target_col: np.ndarray, +) -> tuple[np.ndarray, np.ndarray, np.ndarray]: + """위치에너지가 낮은 8이웃 중 **화살표 방향에 가장 가까운** 셀을 수신 셀로 고른다. + + 화살표는 "한 단 낮은 등고 라인 쪽"을 가리키는 연속 방위이고, 수신 셀은 그 방위에 가장 + 가까운 이웃이다. 그래서 화면 화살표와 실제 추적 경로가 어긋나지 않는다. + 위치에너지가 더 낮은 이웃만 후보로 두므로 순환이 생기지 않는다. + """ + rows, cols = spec.n_rows, spec.n_cols + grid_row, grid_col = np.meshgrid(np.arange(rows), np.arange(cols), indexing="ij") + # 목표(한 단 낮은 등고 라인 위의 셀)를 향하는 연속 방위. + aim_row = (target_row - grid_row).astype(np.float64) + aim_col = (target_col - grid_col).astype(np.float64) + aim_norm = np.hypot(aim_row, aim_col) + aim_norm[aim_norm == 0.0] = 1.0 + aim_row /= aim_norm + aim_col /= aim_norm + + padded = np.full((rows + 2, cols + 2), np.inf) + padded[1:-1, 1:-1] = potential + flat_index = np.arange(spec.size, dtype=np.int32).reshape(rows, cols) + padded_index = np.full((rows + 2, cols + 2), -1, dtype=np.int32) + padded_index[1:-1, 1:-1] = flat_index + + best_score = np.full((rows, cols), -np.inf) + receiver = flat_index.copy() + step = np.zeros((rows, cols), dtype=np.float32) + centre = potential + for row_shift, col_shift in _NEIGHBOURS: + neighbour = padded[ + 1 + row_shift : 1 + row_shift + rows, 1 + col_shift : 1 + col_shift + cols + ] + length = math.hypot(row_shift, col_shift) + # 방위 일치도(코사인 유사도)가 클수록 좋은 후보다. + score = (aim_row * row_shift + aim_col * col_shift) / length + better = valid & np.isfinite(neighbour) & (neighbour < centre) & (score > best_score) + if not better.any(): + continue + best_score = np.where(better, score, best_score) + neighbour_index = padded_index[ + 1 + row_shift : 1 + row_shift + rows, 1 + col_shift : 1 + col_shift + cols + ] + receiver = np.where(better, neighbour_index, receiver) + step = np.where(better, np.float32(length * spec.cell_m), step) + + moved = receiver != flat_index + delta_row = (receiver // cols - flat_index // cols).astype(np.float64) + delta_col = (receiver % cols - flat_index % cols).astype(np.float64) + angle = np.arctan2(delta_row, delta_col) + code = np.rint(angle / (2.0 * math.pi / AZIMUTH_STEPS)).astype(np.int16) % AZIMUTH_STEPS + azimuth = np.where(moved, code, AZIMUTH_SINK) + azimuth = np.where(valid, azimuth, AZIMUTH_INVALID) + return receiver.reshape(-1), step.reshape(-1), azimuth.reshape(-1).astype(np.int16) diff --git a/B05_wf2_Route/B05_wf2_Route_Engine_Watershed_Flow.py b/B05_wf2_Route/B05_wf2_Route_Engine_Watershed_Flow.py index 3fcf332f..ad6d141d 100644 --- a/B05_wf2_Route/B05_wf2_Route_Engine_Watershed_Flow.py +++ b/B05_wf2_Route/B05_wf2_Route_Engine_Watershed_Flow.py @@ -25,6 +25,7 @@ from shapely.geometry import LineString, MultiPolygon, Polygon, shape from shapely.ops import unary_union from B05_wf2_Route.B05_wf2_Route_Engine_Watershed_Grid import ( + AZIMUTH_STEPS, ContourCloud, GridSpec, TerrainGrid, @@ -297,7 +298,10 @@ def outermost_cells(domain: np.ndarray) -> np.ndarray: def classify_flow( - terrain: TerrainGrid, road: RoadRaster, burned: np.ndarray | None = None + terrain: TerrainGrid, + road: RoadRaster, + burned: np.ndarray | None = None, + azimuth: np.ndarray | None = None, ) -> FlowClassification: """최외곽 셀부터 물길을 따라가며 도로 도달 여부를 판정한다. @@ -317,8 +321,9 @@ def classify_flow( 다시 분석하지 않는다. ④ 최외곽 추적에 안 걸린 내부 셀을 그다음에 따로 출발시킨다. - 화살표 방위는 D8(8방위)이 아니라 지형 최급강하 32방위를 쓴다. 세류 셀은 확정된 물길 - 방향을 그대로 쓴다. + `azimuth`를 주면 그 32방위 코드를 그대로 화살표로 쓴다(등고선 하강 방향). 주지 않으면 + 지표면 기울기에서 뽑는다. **화살표는 실제 수신 셀과 같은 방향이어야 한다** — 어긋나면 + 화살표로 사슬을 따라가는 눈 검증이 성립하지 않는다. """ spec = terrain.spec valid = terrain.valid.reshape(-1) @@ -327,7 +332,10 @@ def classify_flow( stream_cells = np.zeros(spec.size, dtype=bool) if burned is None else burned absorbing = (road.mask.reshape(-1) & valid) | stream_cells - direction = descent_azimuth(spec, terrain.elevation, terrain.valid, receiver, burned) + if azimuth is None: + direction = descent_azimuth(spec, terrain.elevation, terrain.valid, receiver, burned) + else: + direction = _azimuth_with_burn(spec, azimuth, receiver, burned) reaches = np.zeros(spec.size, dtype=bool) # 0=미방문, 1=경로에 올라 있음, 2=판정 완료 state = np.zeros(spec.size, dtype=np.int8) @@ -363,6 +371,26 @@ def classify_flow( ) +def _azimuth_with_burn( + spec: GridSpec, azimuth: np.ndarray, receiver: np.ndarray, burned: np.ndarray | None +) -> np.ndarray: + """세류망을 따라 흐름을 새긴 셀은 그 수신 셀 방향으로 화살표를 덮어쓴다.""" + direction = azimuth.astype(np.int16, copy=True) + if burned is None or not burned.any(): + return direction + index = np.arange(spec.size, dtype=np.int64) + moved = burned & (receiver != index) + if not moved.any(): + return direction + row_delta = (receiver[moved] // spec.n_cols - index[moved] // spec.n_cols).astype(np.float64) + col_delta = (receiver[moved] % spec.n_cols - index[moved] % spec.n_cols).astype(np.float64) + angle = np.arctan2(row_delta, col_delta) + direction[moved] = ( + np.rint(angle / (2.0 * np.pi / AZIMUTH_STEPS)).astype(np.int16) % AZIMUTH_STEPS + ) + return direction + + def _walk_from( starts: np.ndarray, receiver: np.ndarray, diff --git a/B05_wf2_Route/B05_wf2_Route_Router_Drainage.py b/B05_wf2_Route/B05_wf2_Route_Router_Drainage.py index d3862598..789d8fda 100644 --- a/B05_wf2_Route/B05_wf2_Route_Router_Drainage.py +++ b/B05_wf2_Route/B05_wf2_Route_Router_Drainage.py @@ -266,7 +266,12 @@ async def get_primary_region(project_id: UUID) -> dict[str, Any] | JSONResponse: "radius_m": region.radius_m, "road_outside_m": payload["road_outside_m"], "no_contact_count": region.split.no_contact, - "grid": {key: value for key, value in payload["grid"].items() if key != "bbox_lonlat"}, + # 기하(bbox·셀 구간)는 파일 본문에 있으므로 요약 수치만 남긴다. + "grid": { + key: value + for key, value in payload["grid"].items() + if key not in {"bbox_lonlat", "row_spans"} + }, }, to_lonlat, ) @@ -291,9 +296,13 @@ def _write_stage_arrays(stored_path: str, preview: Any, region: Any, spec: Any) "direction": flow.direction.reshape(spec.n_rows, spec.n_cols), "reaches_road": flow.reaches_road.reshape(spec.n_rows, spec.n_cols), "analyzed": flow.analyzed.reshape(spec.n_rows, spec.n_cols), + # 사후 진단용 — 수신 셀이 있어야 사슬을 다시 따라가 볼 수 있다. + "receiver": preview.terrain.receiver.reshape(spec.n_rows, spec.n_cols), } if flow.burned is not None: arrays["burned"] = flow.burned.reshape(spec.n_rows, spec.n_cols) + if preview.descent is not None: + arrays["band_elevation"] = preview.descent.band_elevation write_grid_arrays( stored_path, "flow_direction",