基于课程学习与安全盾牌的无人艇近岸自主导航避障研究

《Journal of Marine Science and Engineering》：Incremental Evaluation of Distance-Staged Curriculum Learning and LiDAR-Based Runtime Shielding for USV Navigation in Constrained Nearshore Waters

　　自主导航在受限近岸水域中面临着边界约束、静态障碍物和不完整感知的挑战。本研究以近端策略优化（PPO）作为通用基线，将距离分阶段课程学习和基于LiDAR的安全盾牌整合到点到点无人水面艇（USV）避障框架中，并评估它们在训练任务组织和运行时动作过滤方面的增量效应。验证包括固定分层配对检验、未见障碍物布局、三次独立训练运行、阈值敏感性分析，以及在独立训练策略上进行的新的跨种子盾牌评估。课程学习在三次训练运行中并未提供一致的最终成功率优势；其配对决策效率效应在原始运行中具有统计学可检测性，但实际效果有限。相比之下，安全盾牌在全部四个独立训练的seed-101/202策略中（盾牌关闭/开启测试）均提高了成功率并减少了碰撞，同时引入了少量超时和触发案例中的较小效率成本。受控运行时诊断进一步表明，盾牌的慢速前进指令是一种减少推进力的动作，而非明确的制动行为。总体而言，距离分阶段主要改变训练任务组织并产生适度的决策效率效应，而运行时屏蔽在当前的简化Unity环境中表现出碰撞风险缓解与干预成本之间可复现的权衡关系。