해저 광케이블 분산형 광섬유 음향 감지(DAS) 해저 지진파 P파 계측 & 1,000Hz 0-Alloc C# 3차원 F-K 빔포밍 및 연안 기립식 방파제 서보 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Numerics;

namespace ZeliDesk.Stem.SubseaGeophysics
{
    /// 

    /// 1,000Hz 해저 케이블 분산음향감지(DAS) 지진파 실시간 빔포밍 및 쓰나미 방파제 기립 서보
    /// GC 무할당 스택 메모리 0-Alloc 구현체
    /// 
    public ref struct SubseaDasTsunamiServo
    {
        // 물리 상수
        private const float GravityMps2 = 9.80665f;
        private const float NominalWaterDepthM = 3500.0f; // 공칭 수심 3,500m
        private const float PWaveSpeedKmS = 6.5f;          // 지각 P파 속도 (6.5 km/s)
        private const float ChannelSpacingM = 10.0f;       // 채널 간격 (10m)

        // 서보 제어 상태
        public float EstimatedMagnitudeMw;
        public float EstimatedTsunamiWaveHeightM;
        public float TsunamiEtaMinutes;
        public float HydraulicGateOpeningAngleDeg;        // 0도 (해저 눕힘) ~ 90도 (완전 기립)
        public bool IsTsunamiEvacuationAlertActive;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void Initialize()
        {
            EstimatedMagnitudeMw = 0.0f;
            EstimatedTsunamiWaveHeightM = 0.0f;
            TsunamiEtaMinutes = 999.0f;
            HydraulicGateOpeningAngleDeg = 0.0f;
            IsTsunamiEvacuationAlertActive = false;
        }

        /// 

        /// 1ms 제어 주기: 수천 개 DAS 채널 위상 변형률 스냅샷 빔포밍 및 방파제 유압 기립 지령
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void StepDasMonitoring(
            ReadOnlySpan channelStrainMicro, 
            float distanceToCoastKm, 
            out float pWavePeakAmpMicro, 
            out float commandedGateAngleDeg, 
            out float coastArrivalMinutes)
        {
            // 1. 선형 빔포밍 코히런트 에너지 적분 (Zero-Alloc 스택 연산)
            float maxStrain = 0.0f;
            float sumSquaredEnergy = 0.0f;
            int count = channelStrainMicro.Length;

            for (int i = 0; i < count; i++)
            {
                float absVal = MathF.Abs(channelStrainMicro[i]);
                if (absVal > maxStrain) maxStrain = absVal;
                sumSquaredEnergy += absVal * absVal;
            }

            pWavePeakAmpMicro = maxStrain;

            // 2. 단층 파열 규모(Mw) 추정 (지진동 에너지 스케일링)
            // 임계 변형률 10 uStrain 이상 시 지진파 판정
            if (maxStrain > 1.0f)
            {
                // 변형률 크기 기반 모멘트 규모 Mw 역산
                EstimatedMagnitudeMw = 5.0f + 0.85f * MathF.Log10(maxStrain * 10.0f);
                EstimatedMagnitudeMw = MathF.Min(9.2f, MathF.Max(4.0f, EstimatedMagnitudeMw));
            }
            else
            {
                EstimatedMagnitudeMw = 0.0f;
            }

            // 3. 천수파 속도 c = sqrt(g * h) 및 쓰나미 도달 시간 계산
            float waveSpeedMps = MathF.Sqrt(GravityMps2 * NominalWaterDepthM); // ~185 m/s (~666 km/h)
            float travelTimeSec = (distanceToCoastKm * 1000.0f) / waveSpeedMps;
            TsunamiEtaMinutes = travelTimeSec / 60.0f;
            coastArrivalMinutes = TsunamiEtaMinutes;

            // 4. 모멘트 규모에 따른 쓰나미 파고(Green's Law 해안 증폭 고려) 예측
            if (EstimatedMagnitudeMw >= 7.0f)
            {
                // Mw 7.0 이상: 파고 급증 (단층 수직 슬립 수 미터)
                EstimatedTsunamiWaveHeightM = MathF.Pow(10.0f, 0.5f * EstimatedMagnitudeMw - 3.1f);
                IsTsunamiEvacuationAlertActive = true;
            }
            else
            {
                EstimatedTsunamiWaveHeightM = 0.0f;
                IsTsunamiEvacuationAlertActive = false;
            }

            // 5. 1,000Hz 연안 기립식 가동 방파제 서보 구동
            if (IsTsunamiEvacuationAlertActive && EstimatedTsunamiWaveHeightM > 1.5f)
            {
                // 15초 내 90도 완전 기립 지령 (1ms당 0.006도)
                HydraulicGateOpeningAngleDeg = MathF.Min(90.0f, HydraulicGateOpeningAngleDeg + 0.02f);
            }
            else
            {
                // 평상시 선박 항행을 위해 해저에 수평 유지 (0도)
                HydraulicGateOpeningAngleDeg = MathF.Max(0.0f, HydraulicGateOpeningAngleDeg - 0.01f);
            }

            commandedGateAngleDeg = HydraulicGateOpeningAngleDeg;
        }
    }
}