Поезд не может объехать препятствие и не может быстро остановиться. Та же гладкая стальная связь, которая позволяет локомотиву двигать огромный груз с малым усилием, покрытая почему железные дороги идут вдоль рек, также ограничивает, насколько сильно тормоза могут схватить. На прямой водитель может видеть километр или два вперёд, а быстрому поезду нужно примерно столько только для остановки. Одного зрения поэтому недостаточно для безопасного управления железной дорогой, и его заменяет сигнализация.
От времени к пространству
Самым ранним методом был временной интервал: отправляйте поезда с интервалом в несколько минут и надейтесь, что впереди идущий продолжает движение. Это работает, пока поезд не сломается или не остановится из-за неисправности, а следующий тогда приходит на полной скорости без предупреждения.
Исправлением стало блочная система, которая заменяет пропуск во времени пропуском в пространстве. Линия делится на участки, называемые блоками. Сигнал охраняет вход в каждый из них, а правило абсолютной блочной системы простое: поезд может войти в блок, только если он пуст. Если блок впереди занят, сигнал показывает красный, и следующий поезд ждёт.
Сначала сигнальщики на каждом конце блока сообщали друг другу телеграфом, когда поезд вошёл и вышел. Позже рельсовые цепи делал проверку автоматически. Низкое напряжение идёт по одному рельсу и возвращается по другому через реле. Колёсная пара и оси поезда соединяют два рельса, отводят ток и отпускают реле, и сигнал становится красным. Обрыв рельса или отказ питания отпускают реле так же, поэтому большинство неисправностей переводят сигнал в красный, а не в зелёный. Инженеры называют это отказоустойчивой схемой.
Почему блоки должны быть длинными
Блок не может быть любой длины. Машинисту нужно предупреждение достаточно рано, чтобы остановиться перед красным сигналом, а тормозной путь не пропорционален скорости. При постоянном торможении путь равен v² ÷ 2а, где v — это скорость и а — это замедление. Удвойте скорость, и тормозной путь учетверится.
Пример предполагает замедление 0.5 м/с², цифру выбрали, чтобы арифметика была чистой. Реальные поезда различаются в зависимости от тормозов, нагрузки и состояния рельсов, поэтому читайте результаты как закономерность, а не как расписание. Одна миля в час — 0.447 метра в секунду, так что 100 миль/ч — это 44.7 м/с.
Поезд на 100 миль в час нуждается примерно в двух километрах, что больше, чем видят большинство водителей на повороте или в дождь. Поезду на 25 миль в час нужно 125 метров. Медленные линии могут иметь короткие блоки, а быстрые — длинные или дополнительное предупреждение.
Аспекты: предупреждение перед остановкой
Сигнал делает больше, чем просто говорит «стоп» или «вперёд». Его аспект, набор огней которого тоже сообщает водителю о следующем сигнале. В стандартной трёхаспектной системе:
- Красный: остановиться. Блок впереди занят или небезопасен для входа.
- Жёлтый: осторожность. Следующий сигнал красный, так что будьте готовы остановиться там.
- Зелёный: продолжайте. Следующий сигнал жёлтый или зелёный, так что линия свободна хотя бы до следующего сигнала.
Расставьте сигналы так, чтобы поезд, проходящий жёлтый на полной скорости, всё ещё мог остановиться на красном, и система будет безопасной. Для примера с 100 миль/ч это блок около двух километров, с жёлтым в начале и красным в конце.
Это не всегда практично, и многие быстрые британские линии используют четыре аспекта вместо этого. Двойной жёлтый означает, что следующий сигнал — одиночный жёлтый, поэтому предупреждение растянуто на два блока, и каждый блок может быть короче полного тормозного пути. Водитель получает два шага предупреждения вместо одного, а поезд тормозит в две стадии, а не одной жёсткой остановкой.
Красный сигнал защищает поезд впереди, а не тот, что у сигнала. Блочная система никогда не пытается предотвратить столкновение реакцией. Она не допускает, чтобы два поезда оказались в одном участке одновременно.
Цена безопасности — пропускная способность
Поскольку следующий поезд видит зелёный только тогда, когда следующий сигнал жёлтый или зелёный, трёхаспектной линии нужно как минимум два свободных блока между поездами. Возьмите блоки по два километра и скорость 100 миль/ч. Два блока — четыре километра, и 4 000 м ÷ 44.7 м/с — около 90 секунд. Это наименьший интервал, с которым два поезда могут идти друг за другом, не считая длины самого поезда.
Более короткие блоки позволили бы поездам идти ближе друг к другу, но только на участках, где тормозной путь короток. Предел — не число сигналов, а то, сколько поезду нужно, чтобы остановиться. Удвоение скорости линии учетверяет тормозной путь, поэтому более быстрое движение требует более длинных блоков или больше аспектов, и это ограничивает, как близко могут идти поезда.
В Valley Rail: Train Tycoon вы выбираете, куда идёт поезд, и он сам проходит маршрут, а железнодорожные переезды имеют автоматическую сигнализацию.
Что из этого вынести
- Железные дороги работают на пространстве, а не на времени: один поезд на блок.
- Тормозной путь растёт с квадратом скорости, поэтому на 100 миль/ч нужно в 16 раз больше пути, чем на 25 миль/ч.
- Аспект предупреждает о следующем сигнале, и так машинист может затормозить вовремя, не видя препятствия.
- Безопасный интервал и пропускная способность линии тянут в разные стороны, и тормозной путь решает, где проводить линию.
Valley Rail: Train Tycoon В ней шесть моделей поездов для пассажиров и грузов, от однотележечной электрички до обтекаемого экспресса, плюс железнодорожные переезды с автоматической сигнализацией. Деньги, которые приносит каждая поездка, существуют только внутри игры и не имеют денежной ценности. Valley Rail находится в закрытом тестировании и пока не доступна публично.