列車は障害物を避けて進路を変えることができず、すぐに止まることもできません。機関車が少ない力で巨大な荷物を動かせるのと同じ滑らかな鋼の接触は、次で扱われています： 鉄道が川に沿って走る理由、ブレーキが効く強さにも限界があります。直線では運転士は1～2キロメートル先まで見えることがありますが、高速列車は止まるだけでそれくらいの距離を必要とします。したがって、見通しだけでは鉄道を安全に運行できず、信号がその役割を担います。
時間から空間へ
最も初期の方式は 時間間隔：列車を数分間隔で送り出し、前の列車が動き続けることを信じます。列車が故障したり、障害で止まったりするまではうまく機能しますが、そうなると次の列車は予告なしに全速で到着します。
修正したのは 閉塞方式。これは時間の間隔を空間の間隔に置き換えるものです。線路は閉塞区間と呼ばれる区間に分けられます。各区間の入口には信号があり、絶対閉塞方式の原則は単純で、列車は区間が空いているときにのみ進入できます。前方の区間が占有されていれば、信号は赤を示し、後続の列車は待ちます。
当初、閉塞区間の両端の信号手は、列車が進入・退出したことを電信で互いに伝えていました。その後、 軌道回路 は自動的に確認を行いました。低電圧は1本のレールに沿って流れ、リレーを通って反対のレールを戻ります。列車の車輪と車軸が2本のレールを接続すると、電流が迂回してリレーが解放され、信号は赤になります。レールの断線や電源の故障も同様にリレーを解放するため、ほとんどの故障は信号を緑ではなく赤にします。技術者はこれをフェイルセーフ設計と呼びます。
閉塞区間が長くなければならない理由
閉塞区間は好きな長さにはできません。運転士は赤信号の前で止まれるよう十分早く予告を受ける必要があり、制動距離は速度に比例しません。一定の減速度では、距離は v² ÷ 21つの、ここで v は速度と 1つの は減速です。速度を2倍にすると、停止距離は4倍になります。
以下の例では、毎秒0.5 m/s²の減速を前提としています。これは計算を簡潔にするために選んだ値です。実際の列車はブレーキ、積載量、レールの状態によって異なるので、結果は時刻表ではなく傾向として読んでください。1マイル毎時は0.447メートル毎秒なので、時速100マイルは44.7 m/sです。
時速100マイルの列車には約2キロメートルが必要で、これはカーブや雨の中でほとんどのドライバーが見通せる距離より長いものです。時速25マイルの列車は125メートルで済みます。低速の路線では閉塞区間を短くできますが、高速の路線では長い区間か追加の予告が必要です。
現示：停止前の予告
信号は単に止まれか進めかを示すだけではありません。その 現示、その表示する灯火のパターンは、後続の信号についても運転士に伝えます。標準的な3現示方式では：
- 赤： 停止。前方の閉塞区間が占有されているか、進入が安全ではありません。
- 黄： 注意。次の信号は赤なので、そこで止まれるよう備えてください。
- 緑： 進行。次の信号は黄または緑なので、少なくとも次の信号までは線路が空いています。
信号は、黄信号を全速で通過した列車が赤信号で止まれるように配置すれば、システムは安全です。時速100マイルの例では、約2キロメートルの閉塞区間となり、その始まりに黄、終わりに赤が置かれます。
それが常に実用的とは限らず、多くの高速な英国の路線では次を使います 4現示 の代わりに使われます。黄二灯は、次の信号が単灯の黄であることを意味するため、予告は2つの閉塞区間にわたって広がり、各閉塞区間は完全な制動距離より短くできます。運転士は1段階ではなく2段階の予告を受け、列車は1回の急停止ではなく2段階でブレーキをかけます。
赤信号は、信号のある場所の列車ではなく、前方の列車を守ります。閉塞方式は、反応によって衝突を防ごうとはしません。同じ区間に2本の列車が同時に入ることを防ぐのです。
安全の代償は容量
後続の列車が緑を見るのは、次の信号が黄または緑のときだけなので、3現示の路線では列車の間に少なくとも2つの空いた閉塞区間が必要です。閉塞区間が2キロメートルで、速度が時速100マイルだとします。2区間は4キロメートルで、4,000 m ÷ 44.7 m/s は約90秒です。これが、列車自体の長さを加える前に、2本の列車が互いに続ける最短の間隔です。
閉塞区間が短ければ列車はより接近して続けられますが、それは停止距離が短い路線に限られます。限界は信号の数ではなく、列車がどれだけの距離で止まる必要があるかです。路線の速度を2倍にすると停止距離は4倍になるので、より速い運行にはより長い閉塞区間か、より多くの現示が必要になり、列車がどれだけ接近して続けられるかが制限されます。
Valley Railでは、 Valley Rail: Train Tycoon 列車がどこへ行くかはあなたが選び、ルートは自動で走ります。踏切には自動信号があります。
ここから得られること
- 鉄道は時間ではなく空間で動いています。閉塞区間ごとに列車は1本です。
- 停止距離は速度の2乗に比例して増えるので、時速100マイルは時速25マイルの16倍の距離を必要とします。
- 現示は次の信号について予告します。これによって運転士は、障害物が見えなくても余裕をもってブレーキをかけられます。
- 安全な間隔と路線の容量は互いに引き合い、制動距離が路線の区切り方を決めます。
Valley Rail: Train Tycoon には、1両編成の通勤列車から流線型の特急まで、旅客用と貨物用の6種類の列車モデルがあり、自動信号付きの踏切もあります。各運行で得られる収益はゲーム内のみのもので、現金価値はありません。Valley Railはクローズドテスト中で、まだ一般公開されていません。