04-EFT.WP.Core.Metrology v1.0 | 第6章 数据处理与报告

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第6章 数据处理与报告

I. 目标与范围

• 规定从原始记录 y_raw 到可发布结果 y_pub 的数据处理、质量控制、单位与环境规范化、舍入与不确定度呈现、合格判定与溯源报告的统一流程。
• 与第4章测量模型、第5章不确定度评定、I40 2/3/5/6 的实现接口对齐；所有表达满足 check_dim 与“先合成，后舍入”。

II. 数据记录与最小元数据

• 原始记录结构 R_min：
  id（唯一）、time_utc、measurand、value_raw、unit_raw、site、instrument、RefCond_name、scenario、operator。
• 校验字段：
  hash（可选）、sample_rate 或 Δt、window、filter_spec、notes、version_semver。
• 约束：
  dim( value_raw ) = dim( unit_raw )；measurand 必属于注册的 register_measurement 项；RefCond_name 可解析到 { p_ref, Temp_ref, humidity_ref }。

III. 处理算子与组合（S96-1）

1. 定义处理映射 P(·)：
   • y_std = convert( y_raw, U_in, U_target )
   • y_env = corr_env( y_std; RefCond )
   • y_filt = F( y_env; filter_spec )
   • y_hat = A( y_filt; window )（聚合或估计）
   • y_pub = re_dim( T_map( y_hat ), L0, t0, T0 )（如需无量纲化与还原）
2. 量纲守恒：dim( y_pub ) = dim( measurand )，check_dim( y_pub - model(inputs) ) = "[1]" 恒等。
3. 典型 F 与 A：
   • F = median_t[·; Δt]、F = lowpass(·; f_c)、F = Hampel(·; k, n)；
   • A = avg_t[·; Δt]、A = quantile_t[·; q, Δt]、A = peak_hold[·; Δt]。
4. 接口映射：convert（I40 2）、corr_env（I40 3）、nondim/re_dim（I40 7）。

IV. 缺失与异常值处理

• 缺失标记：NaN 或 mask；任何插补须在 notes 与 version_semver 中记录。
• 标记而非默认删除：
  MAD = median( |x - median(x)| )，阈值 τ = 3.5；若 |x - median(x)| > 1.4826 * τ * MAD 标记为异常。
• 插补策略（仅用于可视化或非关键统计）：
  时间序列线性插补 interp_t；块缺失占比 > 5% 时不得用于合格判定。
• 统计窗口声明：任何 avg_t[·; Δt] 或 median_t[·; Δt] 必显式给出 Δt。

V. 单位、参考条件与无量纲化

• 单位规范：先 convert 到 U_target 再进行环境修正与统计；禁止在不同单位混合聚合。
• 环境修正：y_env = corr_env( y_std; RefCond ) 并记录所用模型与 args。
• 无量纲化：bar_y = nondim( y_env, L0, t0, T0 )；如涉及到达时两口径，执行 enforce_arrival_time_convention()；还原用 re_dim。

VI. 不确定度伴随与即时合成

• 伴随存储：对每条 y_pub 保存 { u(y_pub), k, U, nu_eff } 与来源 { typeA, typeB, Cov }。
• 线性传播：u_c(y_pub) = combine_uncertainty( J, u_inputs, Cov )；非线性用 MC（见第5章）。
• 多点聚合的方差缩减：若窗口内独立同分布，u( avg_t ) = s / sqrt(n_eff)；n_eff 按相关性修正。

VII. 舍入与有效数字（I40 6 对接）

1. 原则：先计算 U = k * u_c，后舍入；dim( U ) = dim( y_pub )。
2. U 的有效数字：
   若 leading_digit( U ) ∈ {1,2}，保留 2 位有效数字；否则保留 1 位。
3. 对齐规则：令 dec = decimals( U ) 为 U 舍入位数，则
   • y_rep = round_by_unc( y_pub, U ) -> ( value_rounded, dec )
   • 在小数位 dec 对齐后输出 value_rounded ± U。
4. 示例规则：U = 0.013（leading 1）→ U = 0.013（2 位有效），value 对齐至 0.001 位。

VIII. 合格判定与防护带

1. 上限公差 tol 的“shared-risk”策略：
   防护带 g = u_c，判定：
   • pass 若 result + g ≤ tol；
   • fail 若 result - g > tol；
   • inconclusive 其他情况。
2. 接口：guard_band(result, U, tol, rule="shared-risk")；需要双侧公差时分别对上下限应用并合成状态。

IX. 报告最小模式与字段

1. 最小报告 ReportV1：
   • measurand，value，unit，u_c，k，U，nu_eff，CI_{1-α}（可选）
   • RefCond_name，model，inputs（哈希或摘要），trace（traceability_chain）
   • window，filter_spec，n_samples，missing_ratio，outlier_ratio
   • decision_rule，tol，decision，guard_band
   • scenario，instrument，calib_cert，version_semver，timestamp。
2. 导出接口：export_units、export_refcond、compare_reports（I40 8）。

X. 到达时 T_arr 的处理与报告示例

1. 模型（一般口径复述）：T_arr = ( ∫_gamma ( n_eff / c_ref ) d ell )；声明路径 gamma(ell) 与测度 d ell。
2. 规范化与聚合：
   • L_gamma = ( ∫_gamma 1 d ell )，n_eff_avg = ( 1 / L_gamma ) * ( ∫_gamma n_eff d ell )；
   • T_arr = ( n_eff_avg * L_gamma ) / c_ref，U 由第5章公式合成。
3. 报告片段：
   • measurand = "T_arr"，unit = "s"，value = value_rounded，U = U_rounded；
   • RefCond_name = "StdAir"，model = "T_arr_general"，trace = ["c_ref(certX)", "n_eff(sensorY)", "path(gamma)"]；
   • window = "avg_t; Δt=10 s"，filter_spec = "Hampel(k=3, n=7)"；
   • decision_rule = "shared-risk"，tol = tol_value，decision = pass|fail|inconclusive。

XI. 表格与可视化约定（跨卷指引）

• 表格列顺序：value、U、unit、u_c、k、nu_eff、CI_{1-α}、RefCond_name、window、filter_spec、decision。
• 可视化（见图表卷）：value 与 U 误差棒，标注 window 与 n_samples；禁止在不同单位下同轴展示。

XII. 审计、版本与再现性

• 审计要点：
  version_semver、model 与 filter_spec 的哈希；inputs 与 trace 的不可变引用；compare_reports 的差异度量 ["mean","U","pass_rate"]。
• 再现性清单：
  固化 RefCond、U_target、window、filter_spec；记录 seed（若使用 MC）；对 nondim/re_dim 记录 { L0, t0, T0 }。

XIII. 数据处理与报告流程（Mx-4）

• 接收并校验 R_min（单位、量纲、元数据、缺失/异常标记）。
• 执行 convert -> corr_env -> F -> A -> T_map -> re_dim 获得 y_pub。
• 计算 u_c 与 U，评估 nu_eff 与 CI_{1-α}；完成舍入 round_by_unc。
• 应用 guard_band 与公差，生成 decision。
• 组装 ReportV1 并持久化；导出所需工件与溯源链；必要时运行 compare_reports 进行回归对照。

XIV. 与其他卷的接口锚点

• 与《Core.Parameters》：统计窗口 avg_t[·; Δt]、check_dim 一致；参数名与变换 T_map 保持规范。
• 与《Core.Equations》：当报告涉及 gamma(ell)、d ell、n_eff(x,t) 时遵循对应 Sxx-* 的路径与测度定义。
• 与《Core.Metrology》第4–5章：register_measurement 的 model 必与本章流程 Mx-4 可组合；不确定度预算直接嵌入报告链路。