worldmodel/plans/PRISM/13_evaluation.md

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title: "Chapter 13 — 评测指标"
date: 2026-05-20
draft: false
tags: ["PRISM", "世界模型", "空间记忆", "机器人", "iOS", "评测"]
categories: ["PRISM"]
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# Chapter 13 — 评测指标

> 本章目标：给出 PRISM **每一层、每一管线**的客观评测指标、测试数据集、自动化脚本，确保"做得对"而不是"看起来对"。

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## 13.1 评测哲学

```
指标分为四类：
  ① Layer-wise   每层自身的健康指标（L1/L2/L3/L4 各自达标）
  ② Pipeline-wise 每条管线 A/B/C/D 的端到端指标
  ③ System-wise  整体可靠性（72h 压测、健康分）
  ④ Task-wise    上层任务（取物、巡逻、问答）成功率

测试三种数据：
  • Synthetic   Isaac Sim 仿真，可控、可重复
  • Replay      录制的真实数据回放
  • Live        机器人真实运行
```

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## 13.2 Layer-wise 指标

### L1 感知缓冲

| 指标 | 目标 | 怎么测 |
|------|------|--------|
| 帧到达频率 | 30 ± 1 Hz | 时间戳直方图 |
| 写入延迟 | < 50 ms (P95) | grab→ring.append 计时 |
| 关键帧采样均匀性 | 间隔 STD < 100 ms | 关键帧时间序列 |
| 内存稳定 | < ±5% 漂移/h | RSS 长时间日志 |

### L2 度量

| 指标 | 目标 | 怎么测 |
|------|------|--------|
| 几何精度（Chamfer） | < 3 cm（静态区域） | 与 iPhone Mesh GT 对比 |
| 占据栅格 free/occ 准确 | F1 > 90% | 人工标 GT 随机 100 体素 |
| 局部 → 全局合并延迟 | < 5 s | 时间戳跟踪 |
| 先验区被错误更新 | 0 次 | prior_mask 写入计数 |
| 镜面区噪声 | TSDF noise level < 阈值 | 卫生间专项测 |

### L3 拓扑

| 指标 | 目标 | 怎么测 |
|------|------|--------|
| 房间识别正确 | 100% | 与 RoomPlan label 对比 |
| 门窗连边完整 | Recall > 95% | 与平面图对照 |
| 路径规划成功率 | > 99% | 随机起终点 1000 次 |

### L4 语义

| 指标 | 目标 | 怎么测 |
|------|------|--------|
| 家具识别 mAP@0.5 | > 70% | YOLO 内置 eval |
| 物品-家具关系正确 | > 80% | 人工标 100 关系 |
| CLIP 检索 Recall@1 | > 85%（房间） / 70%（家具） | 人写 100 个 query |
| 隐私过滤召回 | 100%（人不入 LTM） | 录制有人帧专项 |

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## 13.3 Pipeline-wise 指标

### 管线 A — iPhone ingest

| 指标 | 目标 |
|------|------|
| 扫描 → LTM 时长 | < 30 min / 房间 |
| 节点数 | 单房 30–80 |
| Anchor 数 | 每房 ≥ 2 |
| Schema validate | 0 errors |
| Coverage（mesh 覆盖墙体面积） | > 90% |

### 管线 B — 重定位（[`05_pipeline_B_relocalization.md`](05_pipeline_B_relocalization.md) §5.10）

| 指标 | 目标 |
|------|------|
| 冷启动 Recall@1 | > 90% |
| 冷启动延迟 | < 1 s |
| 位置误差 | < 10 cm |
| 朝向误差 | < 5° |
| 绑架恢复时间 | < 30 s |

### 管线 C — 在线感知

| 指标 | 目标 |
|------|------|
| 30 Hz 主循环稳定 | 99% 帧不超时 |
| 检测时延 (frame→delta) | < 500 ms |
| Detector mAP@0.5 | > 65%（开放词表） |
| Change Detector 查准 | > 85% |
| Change Detector 查全 | > 70% |
| 4 h 运行无崩溃 | 100% |

### 管线 D — 巩固

| 指标 | 目标 |
|------|------|
| 巩固耗时 (full mode) | < 1 h |
| 应用事件 / pending 比 | 10–30% |
| Sanity reloc 通过率 | > 90% |
| 回滚触发率（健康下降） | < 1 / 月 |

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## 13.4 System-wise 指标

### 健康分 (Health Score)

```python
def compute_health(mem: SpatialMemory) -> float:
    """0–100"""
    s = 100.0
    # 锚点数：每房间应 ≥ 2 个 anchor
    rooms = mem.nodes_of_level(MemoryLevel.L3)
    weak_rooms = sum(1 for r in rooms if len(r.anchors) < 2)
    s -= 5 * weak_rooms
    # 节点新鲜度：3 个月未观测的节点占比
    now = time.time()
    stale = sum(1 for n in mem.nodes.values()
                if now - n.last_seen > 90*86400)
    s -= 20 * (stale / max(1, len(mem.nodes)))
    # delta 积压
    pending = len(load_pending())
    if pending > 2000: s -= 10
    # validate 错误
    errs = validate(mem)
    s -= 5 * len(errs)
    return max(0.0, min(100.0, s))
```

每天 23:55 跑一次，写入 `logs/metrics.parquet`。

| 健康分 | 含义 | 行动 |
|--------|------|------|
| 90+ | 优秀 | 无需干预 |
| 70–90 | 良 | 关注趋势 |
| 50–70 | 警告 | 安排巡检 |
| < 50 | 危险 | 强制重扫 / 回滚 |

### 长时压测（72 小时）

| 指标 | 目标 |
|------|------|
| 累计运行时长 | ≥ 72 h 无 crash |
| 内存 / GPU 内存 | < 5% 增长 |
| 重定位漂移（重启对比） | < 30 cm |
| LTM 节点数 | 仅微增（< 5%） |
| delta 处理无堆积 | pending 周期性归零 |

### SLO / SLI

| SLI | SLO（月度） |
|-----|------------|
| 重定位成功率 | ≥ 95% |
| 任务完成率 | ≥ 90% |
| 平均无故障时长 (MTBF) | ≥ 48 h |
| 错误巩固率 | ≤ 0.5% |
| 隐私违规事件 | 0 |

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## 13.5 Task-wise 指标（上层应用）

### 任务 1：取物（"去 X 房间取 Y"）

| 指标 | 目标 |
|------|------|
| 整体成功率 | > 90% |
| 子任务：物品定位 | > 95% |
| 子任务：导航到位 | > 98% |
| 子任务：抓取成功 | > 90% |
| 平均耗时 | < 60 s |

### 任务 2：巡逻 + 异常检测

| 指标 | 目标 |
|------|------|
| 完整覆盖率（24 h 内） | > 95% |
| 真实异常检出 | > 80% |
| 误报率 | < 5 / 天 |

### 任务 3：自然语言问答（"床头柜在哪？"）

| 指标 | 目标 |
|------|------|
| Top-1 正确 | > 85% |
| Top-3 召回 | > 95% |
| 平均响应延迟 | < 1 s |

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## 13.6 测试数据集

### 13.6.1 HotelScene-Bench v0.5（自建）

```
HotelScene-Bench/
├── splits/
│   ├── train/      6 个房间扫描
│   ├── val/        2 个房间扫描
│   └── test/       2 个房间扫描（hold-out）
├── annotations/
│   ├── object_3d_bbox.json
│   ├── room_polygons.json
│   ├── relocalize_gt/        500 张 frame + 6DoF GT
│   └── change_events_gt/     50 个搬动/搬入事件
├── traces/
│   ├── trace_normal_24h.bag
│   ├── trace_with_changes.bag
│   └── trace_kidnap.bag
└── tasks/
    ├── fetch_100.jsonl       100 条取物任务
    ├── qa_200.jsonl          200 条问答
    └── patrol_routes.json
```

### 13.6.2 公开 benchmarks（用于横向对比）

| Benchmark | 用途 |
|-----------|------|
| ScanNet++ | 几何精度对比 |
| Replica | 重定位评测 |
| Habitat-Matterport 3D | 任务级评测 |
| HM3D-Semantic | 语义对比 |
| OpenEQA | 问答评测 |

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## 13.7 自动化评测脚本

```bash
# 单一指标
prism eval reloc        --bench HotelScene-Bench/splits/test
prism eval change       --bench HotelScene-Bench/annotations/change_events_gt
prism eval consolidate  --bench HotelScene-Bench/traces/trace_normal_24h.bag

# 全套（生成 HTML 报告）
prism eval all          --output reports/$(date +%F)/
```

实现：每个 sub-command 是一个 Python 脚本，统一输出 JSON + Markdown + PNG 图表：

```python
# tools/prism_eval_reloc.py
def main(bench):
    gt_frames = load_gt(bench/"relocalize_gt/")
    mem = load("robot_memory/ltm/spatial_memory.json")
    results = []
    for frame, gt_pose in gt_frames:
        pred = relocalize(frame, mem)
        results.append(dict(
            frame_id=frame.id,
            success=pred is not None and pred.fitness > 0.85,
            pos_err=np.linalg.norm(pred.T[:3,3] - gt_pose[:3,3]) if pred else None,
            rot_err=quat_angle(pred.T[:3,:3], gt_pose[:3,:3]) if pred else None,
            latency_ms=pred.latency_ms))
    df = pd.DataFrame(results)
    print(df.describe())
    df.to_parquet(f"reports/reloc_{datetime.now():%Y%m%d}.parquet")
    save_markdown_report(df)
```

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## 13.8 持续监控（Grafana / 飞书报表）

将 `logs/metrics.parquet` 接入 Grafana，监控板包含：

| Panel | 数据源 | 阈值 |
|-------|--------|------|
| 重定位成功率 (7d) | reloc.parquet | < 90% 报警 |
| Delta confirm 率 | consolidation.log | 10–30% 正常 |
| LTM 健康分 | health.parquet | < 70 报警 |
| Anchor 失活数 | health.parquet | 周增 > 3 提醒重扫 |
| Jetson 负载 | tegrastats.csv | CPU > 80% 持续 5 min 报警 |
| 任务成功率 (7d) | tasks.parquet | < 85% 报警 |
| MTBF | crash.log | < 24 h 报警 |

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## 13.9 A/B 测试框架

当要试新算法（如把 CLIP 换 SigLIP），先 A/B：

```python
# tools/prism_ab.py
@click.command()
@click.option("--variant-a", required=True)  # 配置文件 A
@click.option("--variant-b", required=True)
@click.option("--bench",    required=True)
def main(variant_a, variant_b, bench):
    res_a = run_eval_with_config(variant_a, bench)
    res_b = run_eval_with_config(variant_b, bench)
    print(compare(res_a, res_b))
    significance_test(res_a, res_b)
```

只有 A/B 显著优于现状才合并 main。

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## 13.10 失效案例库 (Failure Case Repo)

每次发现失败，按下表归档：

```
failures/
├── F0023_reloc_failed_in_303_at_dusk/
│   ├── description.md
│   ├── frames/           # 失败时的 RGB+depth
│   ├── ltm_snapshot.tar.zst
│   ├── log.txt
│   └── root_cause.md
```

每月把这一目录跑一遍当回归测试，确保已修复的不再回归。

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## 13.11 关键报告模板

```markdown
# PRISM Weekly Report — Week 23

## Layer Health
- L1: 30.0 Hz ✓ ;  P95 latency 32 ms ✓
- L2: Chamfer 2.4 cm ✓ ;  no_update_zone hits 0 ✓
- L3: 路径成功率 99.6% ✓
- L4: mAP 71.3% ✓ ;  CLIP@1 86% ✓

## Pipelines
- Reloc:    success 96.4%, mean pos_err 7.8 cm ✓
- Online:   30 Hz稳定; CPU 38% / GPU 47% ✓
- Consolidate (3 runs): applied 412, rejected 1.3k, rollback 0 ✓

## System
- Health Score: 88 (last week 86) ↑
- 72 h smoke: ✓
- SLO breach: none

## Tasks
- Fetch: 92/100 ✓
- QA:    Top-1 87%, latency 0.6 s ✓

## Open Risks
- R1.3 卫生间 305 镜面 noise 仍偏高，待修
- R6.1 房间 308 anchor 仅 1，下次重扫优先级 P1

## Next Week
- 部署 DINOv2 重排（A/B）
- 修复 R1.3
```

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## 13.12 与 [`09_roadmap.md`](09_roadmap.md) Gate 的强绑定

每个 Gate 都要跑相应 eval 才能通过：

| Gate | 必跑 eval |
|------|-----------|
| W2 | `prism eval ingest` |
| W4 | `prism eval reloc` |
| W6 | `prism eval online` + 4h soak |
| W7 | `prism eval consolidate` + rollback test |
| W8 | `prism eval all` |
| M4 | 72 h `prism eval all` |
| M6 | 全套 + 公开 benchmark 对比 |

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## 13.13 本章小结

| 评测层级 | 关键指标 | 工具 |
|----------|----------|------|
| Layer | Chamfer / mAP / CLIP@1 | 逐层脚本 |
| Pipeline | Success rate / latency / coverage | `prism eval X` |
| System | Health Score / MTBF / SLO | Grafana |
| Task | Fetch success / QA Top-1 | `prism eval all` |

读完本章你应能：
- ✅ 一行命令出周报
- ✅ 设置 SLO 与报警阈值
- ✅ 把"是否要合并某 PR"建立在数据而非感觉上

下一章 [`14_mvp.md`](14_mvp.md) 把 PRISM 浓缩成 **5 步最小可复现 demo**，让任何工程师周末就能跑通核心闭环。

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**章节版本**：v1.0
**估计阅读时间**：12 分钟
**关键收获**：建立可量化、可监控、可回归的评测体系