Deep reinforcement learning (DRL) methods have demonstrated potential for autonomous navigation and obstacle avoidance of unmanned ground vehicles (UGVs) in crowded environments. Most existing approaches rely on single-frame observation and employ simple concatenation for multi-modal fusion, which limits their ability to capture temporal context and hinders dynamic adaptability. To address these challenges, we propose a DRL-based navigation framework, DRL-TH, which leverages temporal graph attention and hierarchical graph pooling to integrate historical observations and adaptively fuse multi-modal information. Specifically, we introduce a temporal-guided graph attention network (TG-GAT) that incorporates temporal weights into attention scores to capture correlations between consecutive frames, thereby enabling the implicit estimation of scene evolution. In addition, we design a graph hierarchical abstraction module (GHAM) that applies hierarchical pooling and learnable weighted fusion to dynamically integrate RGB and LiDAR features, achieving balanced representation across multiple scales. Extensive experiments demonstrate that our DRL-TH outperforms existing methods in various crowded environments. We also implemented DRL-TH control policy on a real UGV and showed that it performed well in real world scenarios.


翻译:深度强化学习方法在拥挤环境中无人地面车辆的自主导航与避障方面展现出潜力。现有方法大多依赖单帧观测,并采用简单的拼接方式进行多模态融合,这限制了其捕获时序上下文的能力,并阻碍了动态适应性。为解决这些挑战,我们提出了一种基于深度强化学习的导航框架DRL-TH,该框架利用时序图注意力和层次化图池化来整合历史观测并自适应地融合多模态信息。具体而言,我们引入了一种时序引导图注意力网络,该网络将时序权重纳入注意力分数以捕获连续帧之间的相关性,从而实现对场景演化的隐式估计。此外,我们设计了一个图层次抽象模块,该模块应用层次化池化和可学习的加权融合来动态整合RGB与LiDAR特征,实现跨多尺度的平衡表征。大量实验表明,我们的DRL-TH框架在各种拥挤环境中均优于现有方法。我们还在真实无人地面车辆上部署了DRL-TH控制策略,并验证了其在真实场景中的良好性能。

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