(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111306080.X (22)申请日 2021.11.05 (71)申请人 中国民航大 学 地址 300300 天津市东 丽区津北公路2898 号 (72)发明人 董磊　陈泓兵　赵长啸　金志威　 张帆　 (74)专利代理 机构 天津中环 专利商标代理有限 公司 1210 5 代理人 王凤英 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06N 3/04(2006.01) G06N 3/08(2006.01) G06F 17/16(2006.01) (54)发明名称 一种基于BiLSTM的民航单机组意图建模方 法 (57)摘要 本发明公开了一种基于BiLSTM的民航单机 组意图建模方法。 步骤如下： 由数据处理模块提 取未知任务意图的民航单机组与飞行模拟系统 交互数据流， 采样操作序列， 对操作序列进行数 据预处理； 由数据特征 获取模块通过BiLS TM网络 对预处理后的操作序列进行特征捕获， 得到一组 完整地反映民航单机组操作项间双向长期相关 信息的隐藏单元矩阵； 由神经网络匹配模块为隐 藏单元矩阵计算标准化概率分数值， 以标准化概 率分数值为依据得到民航单机组飞行意图预测 标签的识别结果。 本发明从飞行模拟系统记录的 数据中提取民航单机组操作序列， 识别民航单机 组行为模式内在关联知 识， 确认其所触发的飞行 任务事件， 有效提升民航单机组意图识别能力。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 114004165 A 2022.02.01 CN 114004165 A 1.一种基于Bi LSTM的民航单机组意图建模方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1： 由数据处理模块提取未知任务意图的民航单机组与飞行模拟系统交互数据流， 采 样操作序列， 对操作序列进行 数据预处 理； S2： 由数据特征获取模块通过BiLSTM网络对预处理后的操作序列进行特征捕获， 得到 一组完整地反映民航单机组操作项间双向长期相关信息的隐藏单 元矩阵； S3： 由神经网络匹配模块为隐藏单元矩阵计算标准化概率分数值， 以标准化概率分数 值为依据得到操作序列的民航单机组飞行意图预测标签的识别结果； 数据处理模块输出的独热数据矩阵是数据 特征获取模块进行特征捕 获的前提， 数据 特 征获取模块输出的隐藏单元矩阵是神经网络匹配模块识别民航单机组飞行意图预测标签 的依据。 2.根据权利 要求1所述的一种基于BiLSTM的民航单机组意图建模方法， 其特征在于， 在 步骤S1中， 所述数据处理模块采样的操作序列由民航单机组与飞行模拟系统间的物理交互 行为组成， 将这些物理 交互行为定义 为民航单机组操作项。 3.根据权利要求1或2所述的一种基于BiLSTM的民航单机组意图建模方法， 其特征在 于， 在步骤S1中， 所述数据处 理模块对操作序列进行 数据预处 理， 数据预处 理的步骤 包括： S11： 将未知任务意图的民航单机组与飞行模拟系统交互数据流中采样的操作序列切 分； S12： 对切分后的操作序列应用独热编码方法， 生成对应的独热 数据矩阵。 4.根据权利 要求3所述的一种基于BiLSTM的民航单机组意图建模方法， 其特征在于， 所 述独热编 码方法使用N位状态寄存器对N个民航单机组操作项分别进 行编码， 将离散的民航 单机组操作项映射成N维二进制的独热编码向量 χ(b(yi))， 组合独热编码向量 χ(b(yi))得到 独热数据矩阵M， 具体方法如下： S121： 设b(yi)为民航单机组操作项yi的正整数索引， 有b(yi)＝i， 其中， i∈{1, …,N}； S122： 设民航单机组操作项yi的独热编码向量为χ(b(yi))， 独热编码向量χ(b(yi))的公 式如下： 其中， χ(b(yi))是N维二进制向量， N代表民航单机组操作项总数， χ(b(yi))l为N维二进 制向量 χ(b(yi))的第l维元 素； S123： 最后， 按照操作序列中民航单机组操作项的次序， 对民航单机组操作项映射生成 的独热编码向量 χ(b(yi))进行组合， 得到独热 数据矩阵M 。 5.根据权利要求1、 2、 3、 4任一项所述的一种基于BiLSTM的民航单机组意图建模方法， 其特征在于， 先使用序列特征获取模块中的序列输入层输入独热数据 矩阵M， 再使用序列特 征获取模块中的BiLSTM层分别从正向和反向对独热数据矩阵M进行扫描， 输出隐藏单元矩 阵H， 隐藏单元矩阵H捕获了独热数据矩阵中由独热编码向量χ(b(yi))所表示的民航单机 组 操作项间的双向长期相关信息 。 6.根据权利要求5所述的一种基于BiLSTM的民航单机组意图建模方法， 其特征在于， BiLSTM层由两个扫描 方向相反的LSTM层组成， 当输入为独热数据矩阵M＝[a1,a2,…,an]时，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114004165 A 2定义正向LSTM层输出的正向隐藏状态为 反向LSTM层输出的反向隐藏状态为 它们的公式为： 将正向LSTM层输出的正向隐藏状态 和反向LSTM层输出的反向隐藏状态 级联， 可得BiLSTM层所输出的隐藏单 元矩阵H， 隐藏单 元矩阵H的公式为： 式(2)、 (3)、 (4)中， an为在时间步n输入的独热编码向量， 为在时间步n输出的正向隐 藏状态， 为在时间步 n输出的反向隐藏状态。 7.根据权利要求1、 3、 5任一项所述的一种基于BiLSTM的 民航单机组意 图建模方法， 其 特征在于， 神经网络匹配模块依次应用全连接层、 Softmax层和分类输出层； 全连接层包含 若干神经元， 每一神经元对应一类民航单机组飞行意图标签， 隐藏单元矩阵H将被映射至全 连接层中的所有神经元； Softmax层使用标准化指数函数为全连接层中的所有神经元计算 标准化概率分数值； 分类输出层根据标准化概率分数值输出所述操作序列的民航单机组飞 行意图预测标签的识别结果。 8.根据权利要求3、 5、 7任一项所述的一种基于BiLSTM的 民航单机组意 图建模方法， 其 特征在于， 收集切分后的操作序列， 手动注释 每一段操作序列的民航单机组飞行意图标签， 对操作序列进行数据预处理和特征捕获， 输入所述神经网络匹配模块中进行深度学习训 练； 所述神经网络匹配模块输出民航单机组飞行意图预测标签， 将其与民航单机组飞行意 图实际标签进行比较， 对所述基于Bi LSTM的民航单机组意图建模方法的超参数进行调整。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114004165 A 3