11-EFT.WP.Core.DrawingKinetics v1.0 | 第9章 数据模型与清单

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第9章 数据模型与清单

I. 范围与目标

• 定义 schema.core.drawing/v1 的对象集合、字段、单位与量纲口径，覆盖几何与运动学、守恒与构成、频谱与到达时两口径、计量与校核、质量门与追溯。
• 约束窗口化与路径字段的表达：统一使用时间基准 ts，路径以 gamma(ell) 与测度 d ell 明示；任何跨卷字段遵循《Core.DataSpec》《Core.Metrology》的编号与来源追溯。

II. 术语与符号

• 几何与运动学：lambda(x,t)，s(x,t) = ( d/dt ) ( ln( lambda ) )，v_in(ts)，v_out(ts)，A(x,t)，gamma(ell)，d ell。
• 守恒与通量：rho(x,t)，rho_L(x,t) = rho * A，J(x,t) = rho_L * v。
• 张力与构成：T_fil(x,t)，K_el，K_vis，params。
• 频谱与窗口：S_xx(f)，U_w，ENBW，C^2_{Tv}(f)。
• 时基与到达时：tau_mono，ts = alpha + beta * tau_mono，T_arr^(1) = ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell )，T_arr^(2) = ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell )，delta_form = T_arr^(2) - T_arr^(1)。
• 质量门与校核：check_dim(expr)，eps_mass，eps_norm，eps_spec，fit_score，resid_p95。

III. 公设与最小方程

• P11-8（清单原子性与可追溯性）
  任一清单条目必须包含完备的时基映射、窗口与路径口径、计量不确定度与版本戳，保证可重演与可比。
• P11-9（单位与量纲守恒）
  入湖前对所有派生量执行 check_dim(expr) 与单位校核，通过后方可发布。
• S12-16（窗口平均与能量一致性）
  对任一序列 x(ts) 与窗口 W，定义 x_bar[W] = ( 1 / |W| ) * ( ∫_{W} x(ts) d ts )；对应谱能量满足 ( ∫ S_xx(f) d f ) ≈ var( x(ts) )，误差计为 eps_spec。
• S12-17（路径积分明示）
  任一路径量以 ( ∫_{gamma(ell)} q(ell) d ell ) 存储，并在清单中记录 gamma 的参数化与支集。

IV. 数据与清单口径

1. 顶层对象（schema.core.drawing/v1）
   • meta.*
     1. meta.schema = "schema.core.drawing/v1"
     2. meta.uid（字符串，运行唯一标识）
     3. meta.ts_created（ISO-8601）
     4. meta.software.version，meta.pipeline（产线/算法版本）
   • timebase.*
     1. timebase.alpha（s），timebase.beta（无量纲），timebase.jitter_rms（s）
     2. timebase.ref（参考钟说明），timebase.anchor（锚点事件集合）
   • path.*
     1. path.gamma（字符串，参数化说明），path.ell_start（m），path.ell_end（m），path.measure = "d ell"
     2. path.medium.c_ref（m/s），path.medium.n_eff_model（模型/参数）
   • geometry.*
     1. geometry.R_nom（m），geometry.R_eff_model（模型名与参数）
     2. geometry.A_in（m^2），geometry.A_out（m^2），geometry.lambda_method（入口/出口速度比或几何推断）
   • sensors.*
     1. sensors.tension.k_T（N/count），sensors.tension.adc_0（count），sensors.tension.drift_model
     2. sensors.encoder.scale（rad/count 或 m/count），sensors.env.*（温度/湿度等）
   • series.*（时间序列，均以 ts 对齐，单位随字段给出）
     1. series.ts（s）
     2. series.v_in、series.v_out（m/s）
     3. series.lambda（无量纲），series.s（1/s），series.A（m^2）
     4. series.T_fil（N），series.rho（kg/m^3），series.rho_L（kg/m），series.J（kg/s）
   • spectral.*（频域派生，注明窗口与 ENBW）
     1. spectral.cfg.window（名称），spectral.cfg.size（s），spectral.cfg.hop（s），spectral.cfg.ENBW（Hz）
     2. spectral.S_TT（N^2/Hz），spectral.S_vv（(m/s)^2/Hz），spectral.C2_Tv（无量纲相干度）
     3. spectral.U_w（窗口能量，归一化口径）
   • conservation.*
     conservation.eps_mass（无量纲），conservation.eps_norm（无量纲），conservation.residual_series（可选）
   • arrival.*
     1. arrival.T_arr_1（s）= ( 1 / c_ref ) * ( ∫ n_eff d ell )
     2. arrival.T_arr_2（s）= ( ∫ ( n_eff / c_ref ) d ell )
     3. arrival.delta_form（s）= T_arr_2 - T_arr_1
     4. arrival.path_ref = gamma(ell)，arrival.medium.c_ref，arrival.medium.n_eff
   • qc.*（质量门与阈值）
     1. qc.gate.mass，qc.gate.norm，qc.gate.spec，qc.status（PASS/FAIL）
     2. qc.fit_score，qc.resid_p95
   • provenance.*
     1. provenance.inputs（原始文件列表与哈希）
     2. provenance.commands（关键参数卡）
     3. provenance.notes（人工备注）
2. 字段单位与量纲（示例校核）
   check_dim( T_fil ) == N；check_dim( v_in ) == m/s；check_dim( rho_L ) == kg/m；check_dim( s ) == 1/s；check_dim( T_arr_1 ) == s。
3. 窗口化与索引
   • window.id（递增整数），window.t0（s），window.t1（s），window.n_samples（整数）。
   • 任何窗口统计或谱指标必须引用 window.id，并记录 spectral.cfg.*。
4. 缺失与质量标注
   • 用 *_qf（quality flag）相邻字段标记缺失/饱和/外推：0=ok, 1=missing, 2=saturated, 3=extrapolated。
   • 对外发布前统计缺失占比并写入 qc.*。

V. 算法与实现绑定

1. I10-5 emit_metrics_drawing( state ) -> dict（生成清单主入口）
   • 汇集 timebase.*、geometry.*、sensors.* 的标定结果（见第8章）。
   • 以 ts 对齐计算 series.*，执行 check_dim 与边界裁剪。
   • 依据 spectral.cfg.* 生成 spectral.* 与 eps_spec。
   • 计算 arrival.* 的两口径与 delta_form，写入 path.* 口径。
   • 校核 conservation.*（S12-1 连续性离散残差），生成 qc.* 并返回。
2. I10-1 update_draw_state( state, bc:dict, dt:float ) -> StepReport
   将 StepReport.series_delta 直接合入 series.*，并维护 provenance.inputs 与窗口索引。
3. 幂等与一致性
   使用确定性窗口划分与固定随机种子；重复运行在相同输入下产出一致 uid 与摘要哈希。

VI. 计量流程与运行图

• Mx-11 输出 timebase.* 与 geometry.*。
• Mx-12 输出 sensors.* 与构成参数 params（入 provenance.notes 与 qc.fit_score）。
• Mx-13 写入 conservation.* 与质量门结果。
• I10-5 汇总生成 schema.core.drawing/v1 清单，连同统计附件发布。

VII. 验证与测试矩阵

1. 结构与口径
   • JSON 结构验证与必填字段校验（meta.*、timebase.*、series.ts 最小集）。
   • 单位/量纲校核：对 series.* 与 arrival.* 执行 check_dim。
   • 路径口径一致：arrival.path_ref 与 path.gamma 必须一致。
2. 守恒与一致性
   • eps_mass <= gate.mass，eps_norm <= gate.norm。
   • 频域互证：spectral.C2_Tv 在主能带的中位数不低于阈值。
   • 两口径到达时差异：|delta_form| <= gate.form_tol，并记录置信区间。
3. 完整性与追溯
   • provenance.inputs 哈希可复算；
   • meta.software.version 与 meta.pipeline 可定位到具体容器镜像或提交。

VIII. 交叉引用与依赖

• 第2章：lambda,s,v,A 与 gamma(ell) 定义为 series.* 与 path.* 的来源。
• 第3章：S12-1、S12-2 指导 conservation.* 的计算与阈值。
• 第4章：T_fil 构成族决定 series.T_fil 的预期范围与动态特性。
• 第7章：S_xx(f)、U_w、ENBW 与 C^2_{Tv}(f) 用于 spectral.*。
• 第8章：timebase.*、geometry.*、sensors.* 由标定流程产出；arrival.* 两口径由同章口径约束。
• 《Core.DataSpec》《Core.Metrology》《Core.Errors》：清单格式、溯源与质量门统一条款。

IX. 风险、限制与开放问题

• 异步数据流的迟到/乱序导致窗口边界漂移；需在 provenance.notes 记录重对齐与补偿策略。
• 非平稳路径或介质可使 delta_form 大幅波动；需要在 arrival.* 增列路径分段与时变 n_eff。
• 频谱口径在短窗与非平稳条件下的偏差评估尚需扩展 eps_spec 的时变定义。
• 传感器饱和与漂移模型失配会污染 series.T_fil 与 spectral.S_TT；建议加入 *_qf 的细粒度事件级标注。

X. 交付件与版本管理

1. 产出件与命名
   • 主清单：drawing.<uid>.v1.json（符合 schema.core.drawing/v1）。
   • 附件：drawing.<uid>.series.parquet（大体量时序），drawing.<uid>.spectral.parquet，drawing.<uid>.report.pdf。
   • 变更记录：CHANGELOG.md（记录 ADD/MOD/FIX/PERF/SEC/DOC）。
2. 版本与迁移
   • 次要字段增补以 ADD 标记，保持向后兼容；
   • 影响可比性的口径变更以 MOD 标记，并提供迁移脚本与 compat.drawing.v1 旗标；
   • 任何改变 timebase.*、path.*、arrival.* 的定义需要提升 schema 次版本并发布迁移指南。