Projet de Simulation de Circulation de Trains

Description du Projet

Ce projet implémente une simulation de circulation de trains sur une ligne ferroviaire avec gares et sections. Il utilise la programmation concurrente en Java avec des mécanismes de synchronisation pour éviter les collisions et les interblocages.

Architecture du Projet

Structure des Fichiers

trains_project/
├── bin/
│   └── train/          # Fichiers compilés (.class)
├── src/
│   └── train/          # Code source Java
│       ├── BadPositionForTrainException.java   # Exception pour position invalide
│       ├── Direction.java                      # Énumération des directions (LR/RL)
│       ├── Element.java                        # Classe abstraite pour éléments de la ligne
│       ├── Station.java                        # Gare
│       ├── Section.java                        # Section de voie ferrée
│       ├── Position.java                       # Position d'un train (élément + direction)
│       ├── Train.java                          # Représentation d'un train
│       ├── Railway.java                        # Gestion de la ligne et synchronisation
│       ├── RailwayView.java                    # Interface de visualisation
│       ├── RailwayFrame.java                   # Fenêtre graphique
│       └── Main.java                           # Point d'entrée du programme
└── README.md           # Ce fichier

Hiérarchie des Classes

Element (abstract)
├── Station                    # Gare (aux extrémités)
└── Section                    # Section de voie ferrée

Train (Runnable)              # Train autonome (thread)
Position                       # Position = Élément + Direction
Direction (enum)               # LR (Left-Right) ou RL (Right-Left)
Railway                        # Gestionnaire de la ligne ferroviaire

Concepts Clés

1. Éléments de la Ligne

Station (Gare)

• Capacité : n quais (peut accueillir n trains simultanément)
• Position : Aux extrémités de la ligne (début ou fin)
• Fonction : Point de départ/arrivée des trains
• Règle : Les trains changent de direction automatiquement en arrivant

Section

• Capacité : 1 train maximum
• Fonction : Tronçon de voie entre deux gares
• Règle : Un seul train à la fois pour éviter les collisions

2. Mécanismes de Synchronisation

Système de Réservation

Chaque train réserve une place à la gare de destination avant de quitter sa gare actuelle. Cela garantit qu'il aura une place en arrivant.

État de la gare :
- Places totales : size
- Places occupées : trainCount
- Places réservées : reservedSpots
- Places disponibles : size - trainCount - reservedSpots

Prévention de l'Interblocage

Gestion par Segment :

La ligne est divisée en segments (portions entre deux gares). Chaque segment a son propre contrôle de direction.

Configuration :

   GareA ── AB ── BC ── CD ── GareD

Règle :

• Un train ne peut entrer sur la ligne que si aucun train ne circule en sens inverse
• Les trains dans le même sens peuvent se suivre (mais pas se doubler)

3. Invariants de Sûreté

Invariant 1 : Section unique

Une section ne peut contenir qu'un seul train à la fois

Implémentation :

• Section.canAccept() retourne true seulement si trainCount == 0
• Utilisation de synchronized dans Railway.move()

Invariant 2 : Sens unique sur la ligne

Si un train circule dans une direction, aucun train ne peut circuler en sens inverse sur les sections

Implémentation :

• Compteurs trainsOnSectionsLR et trainsOnSectionsRL : nombre de trains par direction
• Méthode canLeaveStation() : vérifie qu'aucun train n'est en sens inverse
• Vérification avant chaque départ de gare

Invariant 3 : Réservation de place

Un train doit réserver une place à la gare de destination avant de partir

Pourquoi ? Sans réservation, plusieurs trains pourraient partir vers une gare qui n'a pas assez de places.

Solution : Le train réserve une place dès qu'il décide de partir. La réservation est convertie en occupation réelle à l'arrivée.

Workflow de Déplacement d'un Train

┌─────────────────────────────────────────┐
│ 1. Train dans une GARE                  │
│    Veut aller vers une SECTION          │
└──────────────┬──────────────────────────┘
               │
               ▼
┌─────────────────────────────────────────┐
│ 2. Vérifications (attente si nécessaire)│
│    - Section suivante libre ?           │
│    - Trains opposés SUR CE SEGMENT ?    │
│    - Gare destination a des places ?    │
└──────────────┬──────────────────────────┘
               │ OUI à toutes
               ▼
┌─────────────────────────────────────────┐
│ 3. Réservation                          │
│    - Réserver place à gare destination  │
│    - Quitter gare actuelle              │
│    - Entrer dans section                │
│    - Enregistrer train sur le segment   │
└──────────────┬──────────────────────────┘
               │
               ▼
┌─────────────────────────────────────────┐
│ 4. Train sur SECTION                    │
│    Veut aller vers SECTION ou GARE      │
└──────────────┬──────────────────────────┘
               │
               ▼
┌─────────────────────────────────────────┐
│ 5. Si vers SECTION :                    │
│    - Attendre que section soit libre    │
│    - Quitter section actuelle           │
│    - Entrer dans nouvelle section       │
│                                         │
│    Si vers GARE :                       │
│    - Quitter section                    │
│    - Libérer le segment                 │
│    - Consommer réservation              │
│    - Entrer dans gare                   │
└──────────────┬──────────────────────────┘
               │
               ▼
┌─────────────────────────────────────────┐
│ 6. Changement de direction si besoin    │
│    - À l'extrémité droite : LR → RL     │
│    - À l'extrémité gauche : RL → LR     │
└──────────────┬──────────────────────────┘
               │
               ▼
         Recommencer

Comment Compiler et Lancer le Projet

Prérequis

• Java JDK 8 ou supérieur
• Terminal PowerShell (Windows) ou terminal Unix

Compilation

Windows (PowerShell) :

# Se placer dans le répertoire du projet
cd "\trains_project"

# Compiler tous les fichiers Java
javac -d bin src/train/*.java

Exécution

Windows (PowerShell) :

# Exécuter le programme
java -cp bin train.Main

Utilisation avec VS Code

Si vous utilisez VS Code :

1. Ouvrir le dossier du projet
2. Ouvrir src/train/Main.java
3. Cliquer sur "Run" au-dessus de la méthode main

Configuration de la Simulation

Modifier le Nombre de Trains

Éditer src/train/Main.java :

// Configuration actuelle : 4 trains
Train t1 = new Train("T1", new Position(A, Direction.LR), railway);
Train t2 = new Train("T2", new Position(A, Direction.LR), railway);
Train t3 = new Train("T3", new Position(D, Direction.RL), railway);
Train t4 = new Train("T4", new Position(D, Direction.RL), railway);

Modifier la Configuration de la Ligne

// Exemple actuel
Station A = new Station("GareA", 3);              // Gare gauche, 3 places
Station D = new Station("GareD", 3);              // Gare droite, 3 places

Section AB = new Section("AB");
Section BC = new Section("BC");
Section CD = new Section("CD");

Element[] elements = { A, AB, BC, CD, D };

Pour modifier la capacité d'une gare :

Station A = new Station("GareA", 5);  // 5 places au lieu de 3

Visualisation

Le programme affiche :

1. Fenêtre graphique : Visualisation de la ligne avec les trains
2. Console : Journal des événements (départs, arrivées, attentes, réservations)

Exemple de Sortie Console

Ligne de chemin de fer: GareA--AB--BC--CD--GareD
Configuration: 2 gares terminales (3 places chacune)

Train T1 créé à GareA, direction → droite
Train T2 créé à GareA, direction → droite
Train T3 créé à GareD, direction ← gauche
Train T4 créé à GareD, direction ← gauche

Démarrage de la simulation avec 4 trains...

Train[T1] démarre
Train[T2] démarre
Train[T3] démarre
Train[T1] réserve une place à GareD (disponibles: 2/3)
Train[T3] réserve une place à GareA (disponibles: 2/3)
Train[T1] is on AB going from left to right
Train[T3] is on CD going from right to left
...

Tests et Validation

Test 1 : Prévention de l'interblocage

Résultat attendu : Les trains circulent sans blocage grâce à la règle de sens unique

Test 2 : Système de réservation

Résultat attendu : Les trains réservent leur place avant de partir, pas de surcharge des gares

Test 3 : Visualisation

Résultat attendu : L'interface graphique affiche les trains et leurs mouvements en temps réel

Auteurs et Références

• Auteurs originaux : Fabien Dagnat, Philippe Tanguy, Mayte Segarra (IMT Atlantique)
• Modifications : Extension avec système de réservation et visualisation graphique

Licence

Projet à des fins éducatives - IMT Atlantique

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Dernière mise à jour : Février 2026