Aislo/B05_Profile/B05_Profile_Engine_Grade_Profile.py

"""B05 종단 계획선 선형 산출 오케스트레이터 (지반 추종 직선 분할 + 편집 재구성).

[[B05_Profile_Engine_Grade]] 가 확정한 설계 기준과
[[B05_Profile_Engine_Grade_Solver]] 의 수치 계산,
[[B05_Profile_Engine_Grade_Alignment]] 의 기하 파생을 묶어
`design_profiles` 배열에 넣을 계획선 한 벌을 만든다.

세 진입점이 있다.
  - `design_pipe_anchored_profile()` : **1차(기본)**. 배수유역도가 산출한 배관 배치 측점을
    변화점으로 삼아, 계획선이 각 배관 자리에서 지면선과 만나도록(계획고 = 지반고) 시작점 →
    배관1 → 배관2 → … → 종점을 직선으로 잇고 기본 R을 얹는다(2026-08-03 사용자 확정).
    배관(암거)은 계곡 유하부라 계획선이 그 지점에 붙어야 복토·유입 조건이 성립한다.
  - `design_alignment_profile()` : **2차(폴백)**. 배관이 없거나 1차 산출이 불가할 때
    쓰는 기존 지반 추종 직선 분할 DP 선형.
  - `rebuild_alignment_profile()`: 사용자 편집 확정 시. **저장된 자동 선형(base_pvi)과
    정책을 그대로 재사용**하고 편집 델타만 다시 얹는다. DP를 다시 돌리면 기준선이
    흔들려 "원복" 이 원래 위치로 돌아가지 않기 때문이다.
"""

from collections import Counter
from typing import Any

import numpy as np

from B05_Profile.B05_Profile_Engine_Grade import (
    GradeDesignOptions,
    detect_main_direction,
    ground_profile,
)
from B05_Profile.B05_Profile_Engine_Grade_Alignment import (
    ALIGNMENT_SCHEMA_VERSION,
    AlignmentPolicy,
    build_alignment,
    build_curves,
    chainage_key,
    evaluate,
)
from B05_Profile.B05_Profile_Engine_Grade_Solver import (
    grade_limits,
    integration_weights,
    solve_alignment_elevations,
    station_breakpoints,
)
from config.config_system import FOREST_ROAD_PROFILE_ALIGNMENT

ALIGNMENT_PROFILE_ID = "design_grade_line"
ALIGNMENT_BASIS = "station_alignment"


def infer_station_interval(stations: list[dict[str, Any]]) -> float:
    """측점 목록에서 가장 흔한 간격을 기준 측점간격으로 본다.

    사용자가 추가한 비기준 측점(+18, +15 등)이 섞여 있어도 최빈값이 기준 간격이다.
    """
    gaps: list[float] = []
    for previous, current in zip(stations[:-1], stations[1:]):
        gap = round(float(current["chainage_m"]) - float(previous["chainage_m"]), 1)
        if gap > 0:
            gaps.append(gap)
    if not gaps:
        return 20.0
    return float(Counter(gaps).most_common(1)[0][0])


def _profile_entry(
    alignment: dict[str, Any],
    options: GradeDesignOptions,
    direction: str,
    balanced: bool,
    warnings: list[str],
) -> dict[str, Any]:
    """`design_profiles` 배열 계약(기존 스키마)에 맞춰 계획선 한 벌을 만든다.

    B06 횡단 계획고와 B08 CAD 계획선 레이어는 `samples`만 사용하므로, 선형 구조가
    바뀌어도 하류 단계는 그대로 동작한다.
    """
    balance = alignment["balance"]
    grades = [abs(segment["grade_percent"]) for segment in alignment["segments"]]
    return {
        "schema_version": ALIGNMENT_SCHEMA_VERSION,
        "id": ALIGNMENT_PROFILE_ID,
        "name": "계획선",
        "basis": ALIGNMENT_BASIS,
        "criteria": {**options.as_dict(), "resolved_main_direction": direction},
        # 구 스키마 호환: 변화점 목록을 pvis 이름으로도 노출한다.
        "pvis": alignment["pvi"],
        "samples": alignment["samples"],
        "stations": alignment["stations"],
        "balance_segments": [
            {
                "index": 0,
                "start_chainage_m": alignment["segments"][0]["from_m"]
                if alignment["segments"]
                else 0.0,
                "end_chainage_m": alignment["segments"][-1]["to_m"]
                if alignment["segments"]
                else 0.0,
                "cut_area_m2": balance["cut_area_m2"],
                "fill_area_m2": balance["fill_area_m2"],
                "balance_error_m2": balance["net_area_m2"],
            }
        ],
        "summary": {
            "cut_area_m2": balance["cut_area_m2"],
            "fill_area_m2": balance["fill_area_m2"],
            "balance_error_m2": balance["net_area_m2"],
            "imbalance_percent": balance["imbalance_percent"],
            "tolerance_percent": balance["tolerance_percent"],
            "max_grade_pct": round(max(grades), 6) if grades else 0.0,
            "vertical_curve_count": sum(1 for curve in alignment["curves"] if not curve["omitted"]),
            "pvi_count": len(alignment["pvi"]),
            "balance_segment_count": 1,
            "balanced": bool(balanced and balance["within_tolerance"]),
            "main_direction": direction,
            "suggested_elevation_offset_m": None,
            "edited_station_count": len(alignment["edits"]["station_offsets"]),
            "warnings": warnings,
        },
    }


def design_pipe_anchored_profile(
    longitudinal: dict[str, Any],
    options: GradeDesignOptions,
    pipe_chainages: list[float],
    *,
    station_interval_m: float | None = None,
    edits: dict[str, Any] | None = None,
) -> tuple[dict[str, Any], dict[str, Any]]:
    """배관 배치 측점을 변화점으로 삼는 1차 계획선.

    기하 규칙(2026-08-03 사용자 확정): **배관 자리(지면선과 배관 세로선의 교점)가 호 위에
    있어야 한다.** 시작점·종점과 각 호, 호와 호 사이는 직선이 접선(tangent)으로 잇는다.
    대칭 종단곡선은 원래 변화점(꼭짓점)을 지나지 않으므로, 변화점 표고를 반복 보정해
    **곡선이 정확히 배관 지반고를 통과**하도록 맞춘다(중앙종거만큼 꼭짓점을 밀어낸다).

    호는 **길이 L을 기준**으로 잡는다(`default_curve_length_m`). 변화점 사이 대수차 A가
    작아 R을 고정하면 L = R × A 가 변화점마다 널뛰기 때문이다. R = L / A 로 역산해 저장하며
    법정 최소반경(`options.min_vertical_radius_m`) 아래로는 내려가지 않게 눌러 준다.
    이 R은 편집 델타(curve_radii)로 저장돼 사용자가 B05 테이블에서 그대로 고칠 수 있다.
    기울기 위반은 막지 않고 경고로 남긴다 — 배관 위치가 우선이고 조정은 사용자 몫이다.
    """
    options.validate()
    chainage, ground = ground_profile(longitudinal)
    total = float(chainage[-1])
    if total <= 0:
        raise ValueError("종단 연장이 0이어서 계획선을 만들 수 없습니다.")

    stations = list(longitudinal.get("stations") or [])
    interval = float(station_interval_m or 0) or infer_station_interval(stations)
    policy = AlignmentPolicy.from_config(
        station_interval_m=interval,
        max_grade_pct=options.max_grade_pct,
        curve_skip_delta_pct=options.vertical_curve_skip_delta_pct,
        paved=options.paved,
    )

    warnings = list(options.warnings)
    fixed = (
        float(ground[0]) + options.start_elevation_offset_m,
        float(ground[-1]) + options.end_elevation_offset_m,
    )
    rise = fixed[1] - fixed[0]
    direction, note = (
        detect_main_direction(ground, rise)
        if options.main_direction == "auto"
        else (options.main_direction, None)
    )
    if note:
        warnings.append(note)

    # 범위 밖·양끝에 붙은 것은 버리고, 서로 붙은 배관(0.5m 미만)은 하나로 본다.
    margin = 0.5
    anchors: list[float] = []
    for value in sorted(float(c) for c in pipe_chainages):
        if value <= margin or value >= total - margin:
            continue
        if anchors and value - anchors[-1] < margin:
            continue
        anchors.append(round(value, 3))
    if not anchors:
        raise ValueError("계획선 변화점으로 쓸 배관 배치 측점이 없습니다.")

    base_s = np.array([0.0, *anchors, total], dtype=np.float64)
    # 목표: 배관 자리 계획고 = 지반고(지면선 교차점이 호 위). 시·종점만 오프셋을 얹는다.
    target = np.interp(base_s, chainage, ground)
    target[0] = fixed[0]
    target[-1] = fixed[1]

    target_length = float(FOREST_ROAD_PROFILE_ALIGNMENT["default_curve_length_m"])
    min_radius = float(options.min_vertical_radius_m)
    edits = dict(edits or {})
    user_radii = dict(edits.get("curve_radii") or {})

    def radii_for(nodes_z: np.ndarray) -> dict[str, float]:
        """현 표고에서의 대수차로 R = L / A 를 역산한다(사용자 지정 R이 있으면 그쪽이 이긴다)."""
        spans = base_s[1:] - base_s[:-1]
        grades = (nodes_z[1:] - nodes_z[:-1]) / np.where(spans > 0, spans, 1.0)
        resolved: dict[str, float] = {}
        for index in range(1, len(base_s) - 1):
            delta = abs(float(grades[index] - grades[index - 1]))
            radius = target_length / delta if delta > 1e-9 else min_radius
            resolved[chainage_key(base_s[index])] = max(radius, min_radius)
        return {**resolved, **user_radii}

    # 대칭 종단곡선은 꼭짓점(변화점)을 지나지 않는다 — 곡선이 배관 지반고를 통과하도록
    # 변화점 표고를 반복 보정한다(호가 안쪽으로 파고드는 중앙종거만큼 꼭짓점을 밀어낸다).
    # 표고가 움직이면 대수차도 변하므로 R도 매 회 다시 역산한다.
    base_z = target.copy()
    radii = radii_for(base_z)
    for _ in range(12):
        radii = radii_for(base_z)
        curves, _curve_warnings = build_curves(base_s, base_z, policy, radii)
        plan_at = evaluate(base_s, base_z, curves, base_s)
        error = target - plan_at
        error[0] = 0.0
        error[-1] = 0.0
        if float(np.max(np.abs(error))) < 1e-4:
            break
        base_z = base_z + error
    edits["curve_radii"] = radii

    alignment = build_alignment(
        base_s=base_s,
        base_z=base_z,
        chainage=chainage,
        ground=ground,
        stations=stations,
        policy=policy,
        edits=edits,
    )
    warnings.extend(alignment["warnings"])
    balanced = bool(alignment["balance"]["within_tolerance"])
    return alignment, _profile_entry(alignment, options, direction, balanced, warnings)


def design_alignment_profile(
    longitudinal: dict[str, Any],
    options: GradeDesignOptions,
    *,
    station_interval_m: float | None = None,
    edits: dict[str, Any] | None = None,
) -> tuple[dict[str, Any], dict[str, Any]]:
    """지반 종단을 직선 분할로 근사해 계획선 선형을 새로 만든다.

    반환값은 (선형 구조, `design_profiles` 항목) 이다.
    """
    options.validate()
    chainage, ground = ground_profile(longitudinal)
    total = float(chainage[-1])
    if total <= 0:
        raise ValueError("종단 연장이 0이어서 계획선을 만들 수 없습니다.")

    stations = list(longitudinal.get("stations") or [])
    interval = float(station_interval_m or 0) or infer_station_interval(stations)
    policy = AlignmentPolicy.from_config(
        station_interval_m=interval,
        max_grade_pct=options.max_grade_pct,
        curve_skip_delta_pct=options.vertical_curve_skip_delta_pct,
        paved=options.paved,
    )

    warnings = list(options.warnings)
    fixed = (
        float(ground[0]) + options.start_elevation_offset_m,
        float(ground[-1]) + options.end_elevation_offset_m,
    )
    rise = fixed[1] - fixed[0]
    direction, note = (
        detect_main_direction(ground, rise)
        if options.main_direction == "auto"
        else (options.main_direction, None)
    )
    if note:
        warnings.append(note)
    up_limit, down_limit = grade_limits(
        options.max_grade_pct, options.max_reverse_grade_pct, direction
    )
    limit = up_limit if rise >= 0 else down_limit
    if abs(rise) / total > limit + 1e-9:
        raise ValueError(
            f"시·종점 고도차({rise:.2f}m)를 연장 {total:.1f}m에서 기준 기울기 "
            f"{limit * 100:.1f}% 이내로 연결할 수 없습니다."
        )

    station_chainages = np.array(
        [float(station["chainage_m"]) for station in stations], dtype=np.float64
    )
    base_s = station_breakpoints(
        chainage,
        ground,
        station_chainages if len(station_chainages) else chainage,
        penalty_m2=policy.pvi_penalty_m2,
        min_segment_stations=policy.min_segment_stations,
    )
    base_z, balanced = solve_alignment_elevations(
        base_s,
        chainage,
        ground,
        integration_weights(chainage),
        fixed,
        up_limit,
        down_limit,
        balance_tolerance_percent=policy.balance_tolerance_percent,
    )
    alignment = build_alignment(
        base_s=base_s,
        base_z=base_z,
        chainage=chainage,
        ground=ground,
        stations=stations,
        policy=policy,
        edits=edits,
    )
    warnings.extend(alignment["warnings"])
    return alignment, _profile_entry(alignment, options, direction, balanced, warnings)


def rebuild_alignment_profile(
    longitudinal: dict[str, Any],
    edits: dict[str, Any] | None,
) -> tuple[dict[str, Any], dict[str, Any]]:
    """저장된 자동 선형을 기준으로 사용자 편집만 다시 얹는다.

    직선 분할 DP를 다시 돌리지 않으므로 편집 델타의 기준선(base_pvi)이 고정되고,
    편집 키를 지우면 최초 자동 선형으로 정확히 되돌아간다.
    """
    stored = longitudinal.get("profile_alignment")
    if not isinstance(stored, dict) or not stored.get("base_pvi"):
        raise ValueError("저장된 계획선 선형이 없어 편집을 반영할 수 없습니다.")

    chainage, ground = ground_profile(longitudinal)
    base = stored["base_pvi"]
    base_s = np.array([float(item["chainage_m"]) for item in base], dtype=np.float64)
    base_z = np.array([float(item["elevation_m"]) for item in base], dtype=np.float64)
    policy = AlignmentPolicy.from_dict(stored.get("policy") or {})

    alignment = build_alignment(
        base_s=base_s,
        base_z=base_z,
        chainage=chainage,
        ground=ground,
        stations=list(longitudinal.get("stations") or []),
        policy=policy,
        edits=edits,
    )
    previous = (longitudinal.get("design_profiles") or [{}])[0]
    criteria = previous.get("criteria") or {}
    options = GradeDesignOptions(
        max_grade_pct=float(criteria.get("max_grade_pct") or policy.max_grade_pct),
        max_reverse_grade_pct=float(criteria.get("max_reverse_grade_pct") or 5.0),
        min_vertical_radius_m=float(criteria.get("min_vertical_radius_m") or 100.0),
        min_curve_length_m=float(criteria.get("min_curve_length_m") or 20.0),
        min_tangent_length_m=float(criteria.get("min_tangent_length_m") or 20.0),
        vertical_curve_skip_delta_pct=policy.curve_skip_delta_pct,
        design_speed_kph=int(criteria.get("design_speed_kph") or 20),
        terrain_type=str(criteria.get("terrain_type") or "normal"),
        paved=policy.paved,
        main_direction=str(criteria.get("main_direction") or "auto"),
    )
    direction = str(criteria.get("resolved_main_direction") or "none")
    return alignment, _profile_entry(
        alignment,
        options,
        direction,
        alignment["balance"]["within_tolerance"],
        alignment["warnings"],
    )