Railway signalling

1841年の電信の登場により、列車運行前にメッセージを送信できる手段が提供されたため、より高度なシステムが可能になった。電信は、列車運行指令と呼ばれる時刻表の変更を伝達することを可能にする。これにより、列車の運休、時刻変更、追加運行が可能となる。

北米の慣習では、列車の乗務員は通常、停車した次の駅で命令を受け取るか、あるいは長い指示棒を使って走行中の機関車に命令が手渡されることもあった。列車の命令によって、指令員は側線での列車のすれ違いを設定したり、優先列車が通過するまで側線で列車を待機させたり、同じ方向に向かう列車同士の間隔を少なくとも1ブロック分確保したりすることができた。

時刻表と列車指令による運行方式は、1960年代までアメリカの鉄道で広く用いられており、ワバッシュ鉄道やニッケルプレート鉄道といった大規模な鉄道会社でも採用されていた。カナダでは、1980年代後半までアルゴマ・セントラル鉄道やカナディアン・パシフィック鉄道の一部の支線で列車指令による運行管理が行われていた。

時刻表と列車指令は北米以外では広く使用されておらず、多くの交通量の少ない路線では無線指令、交通量の多い路線では電子信号に取って代わられ、段階的に廃止されている。北米における運行方法の詳細は以下に示す。

19世紀、イギリスの一部の混雑した単線路線では、「電信と交差命令」と呼ばれる同様の方法が用いられていました。しかし、列車の乗務員が進行許可を誤って与えたり、誤解したりしたために、正面衝突事故が相次ぎました。中でも最悪だったのは、 1874年にノーフォーク州ノリッジとブランダル間で発生した衝突事故です。その結果、このシステムは廃止され、トークン制が導入されました。トークン制は、口頭や書面による指示ではなく、物体によって権限を与えるため、曖昧な指示や矛盾した指示が出る危険性がなくなりました。矛盾した指示が出ることを完全に防ぐのは非常に難しいものの、矛盾したトークンが渡されることを防ぐのは比較的容易です。

On double tracked railway lines, which enabled trains to travel in one direction on each track, it was necessary to space trains far enough apart to ensure that they could not collide. In the very early days of railways, men (originally called 'policemen', which is the origin of UK signalmen being referred to as "bob", "bobby" or "officer", when train-crew are speaking to them via a signal telephone) were employed to stand at intervals ("blocks") along the line with a stopwatch and use hand signals to inform train drivers that a train had passed more or less than a certain number of minutes previously. This was called "time interval working". If a train had passed very recently, the following train was expected to slow down to allow more space to develop.

The watchmen had no way of knowing whether a train had cleared the line ahead, so if a preceding train stopped for any reason, the crew of a following train would have no way of knowing unless it was clearly visible. As a result, accidents were common in the early days of railways. With the invention of the electrical telegraph, it became possible for staff at a station or signal box to send a message (usually a specific number of rings on a bell) to confirm that a train had passed and that a specific block was clear. This was called the "absolute block system".

Fixed mechanical signals began to replace hand signals from the 1830s. These were originally worked locally, but it later became normal practice to operate all the signals on a particular block with levers grouped together in a signal box. When a train passed into a block, a signalman would protect that block by setting its signal to 'danger'. When an 'all clear' message was received, the signalman would move the signal into the 'clear' position.

The absolute block system came into use gradually during the 1850s and 1860s and became mandatory in the United Kingdom after Parliament passed legislation in 1889 following a number of accidents, most notably the Armagh rail disaster. This required block signalling for all passenger railways, together with interlocking, both of which form the basis of modern signalling practice today. Similar legislation was passed by the United States around the same time.

すべての閉塞区間が固定信号で制御されているわけではありません。英国の一部の単線鉄道、特に利用頻度の低い路線では、固定信号に加えて、列車運転士が固有のトークンを物理的に所持していることを線路占有の権限とするトークンシステムが一般的に使用されています。

信号係は、列車が閉塞区間に入る前に、その区間が既に占有されていないことを確認しなければなりません。列車が閉塞区間から出るときは、その区間への進入を制御している信号係にその旨を通知しなければなりません。前の列車が閉塞区間から出たという通知を受け取った場合でも、次の列車を進入させるには、通常は次の信号所から許可を得る必要があります。列車が閉塞区間の終わりに到着したとき、信号係が列車の到着を知らせるメッセージを送信する前に、最後尾の車両の後部にある列車末尾標識が見えなければなりません。これは、列車の一部が分離して区間内に残っていることを防ぐためです。列車末尾標識は、昼間は色付きの円盤（通常は赤色）、夜は色付きの油灯または電灯（これも通常は赤色）です。信号係が円盤または電灯がないことに気づく前に列車が次の閉塞区間に入った場合、信号係は次の信号所に列車を停止させて調査するよう要請します。

許可閉塞方式では、列車は前方の線路が占有されていることを示す信号を通過することが許可されますが、障害物が視界に入った場合に安全に停止できる速度でのみ通過できます。この方式は状況によっては効率性を向上させることができ、主に米国で採用されています。ほとんどの国では貨物列車のみに適用され、視界状況によっては制限される場合があります。

緊急時には、運転士が危険信号で一定時間停止した後、信号係と連絡が取れない場合（ただし、これは信号が衝突する動きを保護しない場合に限る）、および信号係が次の信号所と連絡が取れず、前の列車が通過したことを確認できない場合（例えば、電信線が切断されている場合）にも、許可閉塞運転が使用されることがある。このような場合、列車は障害物の手前で停止できるよう、非常に低速（通常、時速32km（20マイル）以下）で走行しなければならない。ほとんどの場合、視界不良時（例えば、霧や降雪時）には、この運転は許可されない。  

絶対閉塞方式であっても、許可があれば複数の列車が閉塞区間に進入することができます。これは、列車の分割や連結、あるいは故障した列車の救援のために必要となる場合があります。信号係は許可を与えることで、運転士が前方の状況を正確に把握できるようにもします。運転士はこの情報を考慮し、安全な方法で列車を運行しなければなりません。通常、信号は危険信号のままであり、運転士は危険信号を通過するための口頭による許可（通常は黄旗）を与えられ、前方に列車が存在することが説明されます。連結が行われる駅など、列車が定期的に占有されている閉塞区間に進入する場所では、これらの移動のために補助信号（「呼び出し信号」と呼ばれることもあります）が設けられますが、それ以外の場合は列車指令によって行われます。

軌道回路などの列車検知システムの発明により、絶対閉塞などの手動閉塞システムが自動閉塞信号システムに置き換えられました。自動閉塞信号システムでは、列車検知によって閉塞区間が空いているかどうかが示され、それに基づいて列車が閉塞区間に進入できるかどうかが信号で示されます。信号は信号係によって制御される場合もあり、信号係が信号を適切に設定し、かつ閉塞区間が空いている場合にのみ進行指示が出されます。

ほとんどのブロックは「固定」されており、つまり2つの固定点間の線路区間が含まれます。時刻表、列車運行指令、トークン制のシステムでは、ブロックは通常、指定された駅で開始および終了します。信号制のシステムでは、ブロックは信号機で開始および終了します。

運行区間の長さは、列車が必要に応じて頻繁に運行できるよう設計されている。利用頻度の低い路線では運行区間が数キロメートルにも及ぶことがあるが、利用者の多い通勤路線では運行区間が数百メートル程度になることもある。

列車は、信号が進行を許可するか、指令員または信号係が運転士に指示するか、運転士が適切なトークンを取得するまで、閉塞区間に入ることはできません。ほとんどの場合、列車は、閉塞区間自体に列車がいないだけでなく、閉塞区間の終端の先に、列車を停止させるのに必要な距離以上の空き区間が確保されるまで、閉塞区間に入ることができません。信号機が密集している信号ベースのシステムでは、この重複は区間終端の信号の次の信号までになる可能性があり、結果として列車間の間隔が2ブロック分確保されます。

When calculating the size of the blocks, and therefore the spacing between the signals, the following have to be taken into account:

• Line speed (the maximum permitted speed over the line-section)
• Train speed (the maximum speed of different types of traffic)
• Gradient (to compensate for longer or shorter braking distances)
• The braking characteristics of trains (different types of train, e.g., freight, high-speed passenger, have different inertial figures)
• Sighting (how far ahead a driver can see a signal)
• Reaction time (of the driver)

Historically, some lines operated so that certain large or high speed trains were signalled under different rules and only given the right of way if two blocks in front of the train were clear.

Under a moving block system, computers calculate a safe zone around each moving train that no other train is allowed to enter. The system depends on knowledge of the precise location and speed and direction of each train, which is determined by a combination of several sensors such as radio frequency identification along the track, ultra-wideband, radar, inertial measurement units, accelerometers and trainborne speedometers (GNSS/GPS systems cannot be relied upon because they do not work in tunnels). Moving block setups require instructions to be directly passed to the train instead of using lineside signals. This has the advantage of increasing track capacity by allowing trains to run closer together while maintaining the required safety margins.

The most common way to determine whether a section of line is occupied is by use of a track circuit. The rails at either end of each section are electrically isolated from the next section, and an electric current is fed to both running rails at one end. A relay at the other end is connected to both rails. When the section is unoccupied, the relay coil completes an electrical circuit, and is energized. However, when a train enters the section, it short-circuits the current in the rails, and the relay is de-energized. This method does not explicitly need to check that the entire train has left the section. If part of the train remains in the section, the track circuit detects that part.

This type of circuit detects the absence of trains, both for setting the signal indication and for providing various interlocking functions—for example, preventing points from being moved while a train is approaching them. Electrical circuits also prove that points are locked in the appropriate position before the signal protecting that route can be cleared. UK trains and staff working in track circuit block areas carry track circuit operating clips (TCOC) so that, in the event of something fouling an adjacent running-line, the track circuit can be short-circuited. This places the signal protecting that line to 'danger' to stop an approaching train before the signaller can be alerted.^[2]

An alternate method of determining the occupied status of a block uses devices located at its beginning and end that count the number of axles that enter and leave the block section. If the number of axles leaving the block section equals those that entered it, the block is assumed to be clear. Axle counters provide similar functions to track circuits, but also exhibit a few other characteristics. In a damp environment an axle counted section can be far longer than a track circuited one. The low ballast resistance of very long track circuits reduces their sensitivity. Track circuits can automatically detect some types of track defect such as a broken rail. In the event of power restoration after a power failure, an axle counted section is left in an undetermined state until a train has passed through the affected section. A track circuited section immediately detects the presence of a train in section.

Older forms of signal displayed their different aspects by their physical position. The earliest types comprised a board that was either turned face-on and fully visible to the driver, or rotated so as to be practically invisible. While this type of signal is still in use in some countries (e.g., France and Germany), by far the most common form of mechanical signal worldwide is the semaphore signal. This comprises a pivoted arm or blade that can be inclined at different angles. A horizontal arm is the most restrictive indication (for 'danger', 'caution', 'stop and proceed' or 'stop and stay' depending on the type of signal).

列車が夜間も運行できるように、各信号機には通常、1つ以上のライトが設置されている。一般的には、常時点灯するオイルランプに、光の色を変える可動式のカラーレンズが前面に取り付けられている。そのため、運転士は昼間用と夜間用の2種類の表示を覚えなければならなかった。

緑信号の表示は安全な状態を示すものとして一般的に認識されていますが、歴史的にはそうではありませんでした。鉄道信号の黎明期には、最初のカラー信号（上記の方向指示器に関連するもの）は「クリア」を白色、「危険」を赤色で示していました。緑色は当初「注意」を示すために使用されていましたが、時間間隔方式が廃止されると使用されなくなりました。その後、赤色のレンズが破損している場合、運転士が誤って「クリア」と認識する可能性があるという懸念に対処するため、「クリア」を示す白色の代わりに緑色が使用されるようになりました。コーニング・グラスワークスの科学者たちが、緑色や赤色の色合いが全くない黄色を完成させるまで、黄色は「注意」を示す色として広く受け入れられることはありませんでした。

機械式信号機は通常、信号所内のレバーからワイヤーで遠隔操作されるが、手動操作するには遠すぎる信号機には、通常、電気式または油圧式の操作が用いられる。

現代の鉄道のほとんどでは、機械式信号機はカラーライト式信号機にほぼ置き換えられている。カラーライト式信号機は、昼夜を問わず同じ表示が可能であり、機械式信号機よりもメンテナンスの手間が少ないという利点がある。

信号方式は国によって、あるいは同一国内の鉄道会社によっても大きく異なるが、典型的な表示方式は以下のようになる。

• 緑：線路速度で進んでください。次の信号は緑または黄色に点灯しているはずです。
• 黄色：次の信号が赤色になっている場所を探す準備をしてください。
• 赤：止まれ。

一部の鉄道では、カラーライト信号は、夜間に機械式信号のライトが示すのと同じ一連の表示内容を示す。

進路信号と速度信号は、列車に分岐点を知らせる2つの異なる方法である。

ルート信号方式では、運転士は各信号の先で列車がどのルートを通るかを知らされます（ただし、ルートが1つしかない場合を除く）。これは、信号に取り付けられたルート表示器によって実現されます。運転士は、線路脇に固定された速度制限標識によって強化されたルート知識を使用して、列車を正しい速度で運転します。この方法の欠点は、運転士が緊急事態のために迂回させられた分岐点で必要な速度に慣れていない可能性があることです。これだけでいくつかの事故が発生しています。^{[ 3 ]}このため、すべての路線にルート信号方式が採用されている英国では、運転士は訓練を受けたルートのみを運転することが許可されており、ルート知識を最新の状態に保つために、あまり使用されていない迂回ルートを定期的に走行する必要があります。

多くの経路信号システムは、接近制御（下記参照）を使用して、ドライバーに今後の経路変更を知らせます。

速度信号方式では、信号は運転士に分岐点を通過する際の速度を知らせますが、必ずしも列車の進路を知らせるわけではありません。速度信号方式は進路信号方式よりもはるかに多くの信号要素を必要としますが、運転士の進路知識への依存度は低くなります。ただし、速度信号方式では通常、分岐点の外側での速度制限の変更を運転士に知らせないため、運転士が進路を覚える必要性は完全にはなくなります。通常、速度信号に加えて速度制限標識も使用され、運転士はより低い速度を示す標識に従います。

多くのシステムでは、運転士にできるだけ多くの情報を提供するために、両方のシステムの要素を取り入れるようになっています。これは、速度信号システムが速度情報と経路表示を組み合わせて、運転士に経路をより正確に伝える場合があることを意味します。例えば、主要駅では、到着する列車にどのプラットフォームへ向かうべきかを示すために経路表示が使用されることがあります。同様に、一部の経路信号システムでは、運転士が走行すべき速度を把握できるよう、シアターディスプレイを使用して接近速度を表示します。

• 
  ビクトリア州メルボルンの信号機の例：この信号機は、速度表示と経路表示を併用して表示しています。

列車が本線速度よりも大幅に遅い速度で走行しなければならない分岐ルートに向かう場合、運転士には十分な事前警告が与えられなければならない。

進路信号方式では、速度制御に必要な表示がないため、接近解放と呼ばれるシステムがしばしば採用されます。これは、進入路上の信号が正しい警告表示の順序を示すように、分岐信号を制限表示（通常は停止）に保持する方式です。運転士は、分岐経路が実際に設定されていることを必ずしも認識していなくても、警告表示に従ってブレーキをかけます。列車が分岐信号に近づくと、前方の線路占有状況に応じて、信号の表示が任意の表示に切り替わります。分岐速度が本線速度と同じか、ほぼ同じ場合は、接近解放は不要です。

速度信号方式では、分岐点に近づく信号機は列車の速度を制御するのに適した表示をするため、接近解除は不要です。

英国では、列車が分岐線に高速で接近できるように、黄色点滅信号システムも使用されています。これは、前方の線路が分岐線に設定されていることを運転士に知らせるものです。現代の高速列車や分岐器の登場に伴い、運転士へのより良い情報提供システムが求められ、1980年代初頭に以下のシステムが開発されました。このシステムは長年にわたって改良され、現在では国際的に使用されており、低速の3灯式信号システムでも使用されています。この場合、黄色点滅信号が運転士への最初の合図となります。

4 方向表示システムでは、交差点を通る経路が空いている場合、交差点信号は単一の黄色表示と選択された経路を示す点灯した交差点表示器を表示します。^{[ 4 ]}

分岐点信号の手前の信号は黄色点滅1つ、その手前の信号は黄色点滅2つになります。運転士は路線知識に基づいて分岐点を通過する際の許容速度を把握し、黄色点滅2つを確認したら列車の減速を開始します。点滅信号は、分岐点を通過する経路が確保されており安全であることを示していますが、分岐経路の最初の信号は赤信号であるため、そこで停止する準備をしておく必要があります。

列車が分岐信号に近づくと、線路の前方の空き状況に応じて、信号はより制限の緩い表示（黄色1つ、黄色2つ、または緑）に切り替わる場合があります。

一部のシステムでは、列車の速度を特定の値に制限するために、信号と連携して機械式速度制御システムを使用し、列車が障害物の手前で停止できる速度で走行するようにしています。これらのシステムでは、多くの場合、機械式列車停止装置（レールから突き出た小さなアームで、列車が乗り上げるとブレーキをかける）を使用して、速度超過の列車のブレーキを「作動」させます。通常、列車が線路上の特定の地点に到達するとタイマーが作動し、タイマーが切れると列車停止アームが下がり、列車は中断されることなく通過できます。タイミングは、列車が意図した速度（またはそれ以下）で走行している場合は問題なく走行を続けられるように設計されていますが、列車が速すぎる場合は列車停止装置が作動して列車を停止させます。このシステムは、列車が一定の速度で走行することを保証するために使用でき、設計者はより短い信号重複時間で十分であると確信できるため、このシステムを採用することで鉄道の輸送能力を大幅に向上させることができます。

このシステムは、行き止まりの分岐点への接近時に、ムーアゲートなどの場所で実際に発生したように、列車が終端の緩衝器に衝突するのを防ぐために最もよく使用されます。また、シドニーのシティサークル鉄道のように、交通量の多い路線でより高い容量を実現するためにも使用されます。シティサークル鉄道では、1932年から西半分で使用され、各方向に1時間に42本の列車が通過できるようにしました。各駅には、プラットホームの長さに沿って複数の停車場所があり、到着する列車が100メートル以内に出発する列車に衝突しないように、プラットホームが徐々に下がっていました。このシステムは1990年代初頭に改良され、到着する列車は前の列車が出発するまでプラットホームに入ることができないようになりましたが、通常必要とされる信号の重複を解消するために、このシステムは引き続き使用されています。

これらのシステムは、多くの場合、段階速度信号システム（下記参照）と組み合わせて使用​​されます。

段階的速度信号とは、注意標識に速度制限を課すシステムのことです。段階的速度信号がないシステムでは、赤信号が近づいていることを警告する標識は、運転者に何らかの行動を強制しません。赤信号で停止する準備として減速を開始するタイミングは、運転者自身の判断に委ねられています。段階的速度信号では、赤信号の手前にある各注意標識が、運転者に段階的に低い速度制限を課します。^{[ 5 ]}これは、交差点で使用される速度信号と混同してはいけません。段階的速度信号は、経路信号と組み合わせて使用​​できます。

運転制動距離（SBD）は、鉄道信号配置の設計において重要な要素です。レールと車輪間の摩擦が少なく、列車が重いため、列車の制動距離は数キロメートルにも及ぶことがあります。列車の安全な間隔を確保するためには、信号配置時の計算にSBDを使用する必要があります。路線に信号を設置する場合、その路線で使用するSBDは、最も性能の低い列車（最も重い列車、最も制動力の弱い列車、貨物列車、機関車牽引列車）のSBDでなければなりません。最も性能の低い列車を考慮することで、制動力の高い列車（複数編成列車、軽列車、先進的な制動装置を備えた列車、旅客列車）も安全に保護されます。^{[ 7 ]}

制動距離の計算： ${\displaystyle \mathrm {SBD} ={\frac {V^{2}}{2r}}}$

ここで、Vはブレーキをかける前の列車の速度、rはブレーキ率である。^{[ 8 ]} rの典型的な値は次のようになる。${\displaystyle 0.5\mathrm {\,m/s^{2}} }$[ ^{9 ]​}

計算例

${\displaystyle V=160\mathrm {\,km/h} =44.44\mathrm {\,m/s} }$

${\displaystyle r=0.5\mathrm {\,m/s^{2}} }$

${\displaystyle BD={\frac {(44.44\mathrm {\,m/s} )^{2}}{2(0.5\mathrm {\,m/s^{2}} )}}=1974.9\mathrm {\,m} }$

サービス制動距離は、緊急ブレーキ操作時の制動距離ではありません。SBDは、運転者が通常ブレーキ操作を行う際の制動距離です。安全上の理由から、ブレーキを最大までかけた場合の最小制動距離を使用することはできません。そのため、ある程度の誤差範囲を設ける必要があり、それがSBDとなります。

最初の注意信号と危険信号の間の最小距離はSBDです。これにより、運転者は注意信号を最初に視認してから危険信号に到達するまでの間に停止することができます。

信号間の最大距離も定められており、通常は 1.5×SBD です。^{[ 10 ]} 信号間の最大距離を設けることは直感的ではありませんが (つまり、信号間の距離が大きいと列車が停止するのに十分なスペースが確保されるため)、信号が明確な情報を提供するようにするために必要です。遠方の信号が次の停止信号から遠すぎると、運転士はブレーキをかける時間が十分にあると考えて完全にブレーキをかけない可能性があり、エラーにつながる可能性があります。最初の注意信号と次の危険信号の間に最大距離を設けることで、混乱を解消できます。

英国の信号システムでは、時速100マイル (160 km/h)で走行する平均的な列車の標準的な制動距離は2000 メートルとみなすことができる。^{[ 11 ]}  

鉄道閉塞区間では、運転士のミスや外部要因（天候、落葉など）による事故に備えて、一定の安全マージンが確保されている。オーバーラップ区間は、停止表示が可能な信号機の先まで延びる追加の検出区間（軌道回路または車軸計数器）の形で設けられる。英国の信号システムでは、標準的な最小オーバーラップ区間は180mである。これより短いオーバーラップ区間には、信号機の通過（SPAD） を防ぐための追加の保護措置が必要となる。

列車間隔（HT）とは、列車間の最小時間、つまり単位時間あたりにブレーキをかけずに安全に通過できる列車の台数を指します。

${\displaystyle \mathrm {HT} ={\frac {\mathrm {HD} }{V}}}$

ここで、HDは車間距離、Vは最大許容線路速度である。

車間距離（HD）は次のように計算できます。^{[ 12 ]}

${\displaystyle \mathrm {HD} =S+P+O+L}$

どこ：

• Sは視認距離です
• Pは停止状態から最も制限の少ない状態までの距離です（つまり、列車が接近する際の、赤信号から最も近い青信号までの距離）。
• Oは重なり距離です
• Lは列車の長さです

ブロック距離

ブロック距離（D）とは、赤信号を表示できる2つの信号機間の距離のことです。これは、2灯式、3灯式、4灯式の信号システムによって異なります。信号配置を設計する上で重要な数値です。

ブロックは、列車検知セクション（多くの場合、短い垂直線で示される）で構成されます。ブロックは、1つまたは複数の検知セクションで構成できます。

2つの側面からのシグナル伝達

適切なD値を決定するための計算式が存在する。

必要な進捗状況を満たすために： ${\displaystyle D\leq P-1.5(\mathrm {SBD} )}$^{[ 13 ]}

安全性とコストの両方を満たすために： ${\displaystyle P\geq 4(\mathrm {SBD} )}$**

一般的に、 PがSBDよりもはるかに大きい場合、2面信号方式が用いられる。

** PがSBDの4倍以下の場合、2灯式信号機は選択すべきではありません。これは、停止信号間の距離が非常に近くなり、遠方の信号が前の停止信号に干渉し始め、運転者に混乱を招くためです。さらに、すべての停止信号には遠方の信号が必要なので、それらが非常に近くなると、この時点で3灯式信号機に移行する方が実際には安価になります。${\displaystyle P<4(\mathrm {SBD} )}$3 アスペクト信号を使用する方が、より安価で安全です。^{[ 14 ]} これは厳密なルールではなく、現時点では技術的には2 アスペクトを使用することも可能ですが、推奨されません。

3つの側面からのシグナル伝達

安全要件を満たすため： ${\displaystyle \mathrm {SBD} \leq D\leq 1.5(\mathrm {SBD} )}$

作業間隔の要件を満たすため： ${\displaystyle D\leq {\frac {P}{2}}}$^{[ 15 ]}

3方向信号方式は、2方向信号方式に比べて大幅に容量が増加する。

4つの側面からのシグナル伝達

安全要件を満たすため： ${\displaystyle 0.5(\mathrm {SBD} )\leq D\leq 0.75(\mathrm {SBD} )}$

作業間隔の要件を満たすため： ${\displaystyle D\leq {\frac {P}{3}}}$^{[ 16 ]}

4灯式信号機は、追加の警告信号（多くの場合、二重黄信号）を導入する。これにより鉄道線路がさらに細分化され、輸送能力が向上する。

列車間隔の計算が完了したら、他のインフラも考慮に入れる必要があります（そのため、ブロック距離に柔軟な範囲が求められます）。鉄道の分岐器は可動式のインフラであり、信号機によって保護されなければなりません。列車が分岐器を通過する際に、分岐器の位置が間違っていると、分岐器が損傷したり、脱線事故が発生したりする可能性があります。

分岐点には、停止表示が可能な信号機を設置しなければならない。信号機は、分岐点を安全に通過できるかどうかを運転士に知らせる。列車検知エリアを使用することで、信号連動装置は列車の通過が安全かどうかを判断できる。

収束する接合部

合流交差点の場合、交差点から保護信号機を設置するための最小距離は重複距離と呼ばれます（英国の信号システムでは通常180mです）。これは交差点のクリアランスポイント（CP）から測定されます。

分岐点までの最大距離は必ずしも規定されていません。分岐器の位置に関係なく、列車は減速する必要はありません。たとえ列車が分岐器を誤った位置で通過したとしても、列車の力によって分岐器は切り替わります。

付着点とクリアランスポイント

衝突危険点（FP）とは、2つの列車が分岐点に接近する際に側面衝突を起こす可能性のある位置のことである。これは、線路から垂直方向に測定した値である。

クリアランスポイント（CP）とは、列車が分岐点の手前で安全に停止し、他の列車が安全に通過できるようにする位置のことです。CPは、FPから一定の距離を隔てた位置で測定されます。

交差点を保護する信号機は、少なくとも重なり部分の長さ分だけ、クリアランスポイントから離れた場所に設置しなければならない。

分岐点

分岐点の場合、分岐点から保護信号機を設置する最小距離は重複距離（英国の信号システムでは通常180m）です。図では、例として表示経路信号を使用しています。

分岐点においては、分岐点から保護信号機までの最大距離は、現地の鉄道規格で定められた距離となる（英国の信号システムでは800m）。

ドライバーは、分岐点（直進しない場合）で進路を変える際には減速しなければなりません。そのため、ドライバーへの指示が明確で忘れられないように、最大​​許容距離を規定する必要があります。

したがって、分岐点を保護する信号を設置する場合、その距離は180メートルから800メートルの間でなければならない（英国の信号基準）。

信号の位置は、まず運行間隔の計算を使用して決定され、次に線路配置（分岐器、勾配、速度制限）、運用要件、車両、容量要件が考慮されます。しかし、信号の物理的な配置に関しては、他の要素も考慮されます^{[ 17 ]}。

• 線路の湾曲により、線路上の信号が見えにくくなる場合があります。視認距離に影響が出る可能性があります。
• 高架橋、橋梁、トンネルにおいては、列車が構造物上にいる際に赤信号の手前で停止してしまうような信号機を設置してはならない。これは緊急時に列車からの避難を困難にするからである。
• 過剰な人工照明 – 駅、建物、都市などの地域では、過剰な人工照明によって運転者が混乱する可能性があります。
• Sunlight – Certain areas of the railway, at certain times of the day, may be strong affected by sunlight.
• The consequences if a signal is passed at danger – Signals must be placed so that if a signal at red is passed by a train, the impact of this will be as low as possible.

アルゼンチンの運用ルールは、Reglamento interno técnico de operaciones [RITO] (技術運用ルールブック) に記載されています。

オーストラリアにおける作業規則の適用は「セーフワーキング」と呼ばれています。特定の地域や場所における作業方法は、その地域の「セーフワーキングシステム」と呼ばれます。作業規則は州によって異なりますが、全国的な基準を策定する試みが行われています。

北米、特に米国では、運用規則は運用方法と呼ばれます。北米には主に5つの運用規則があります。

• カナダ鉄道運行規則（CROR）は、カナダのほとんどの鉄道会社で使用されていますが、カナダ国鉄の米国事業では、GCORを修正した独自のバージョンであるUSOR（米国運行規則）が使用されています。
• アメリカ合衆国の多くのクラスI鉄道、クラスII鉄道、および短距離鉄道で使用されている一般運行規則（GCOR）。
• 北東部運行規則諮問委員会（NORAC）は、米国北東部の多くの鉄道会社で使用されている。
• クラスI鉄道であるノーフォーク・サザン鉄道は、独自の運行規則を採用している。
• クラスI企業であるCSXトランスポーテーションは、独自の運行規則を採用しています。

英国の運行規則書は「GE/RT8000規則書」^{[ 19 ]}と呼ばれ、鉄道従業員の間では単に「規則書」としてよく知られています。これは、ネットワーク・レールやその他の列車運行会社、貨物運行会社とは独立した鉄道安全基準委員会（RSSB）によって管理されています。ほとんどの保存鉄道は、英国鉄道の規則書の簡略版に従って運行しています。

フィンランドの鉄道網で使用されている信号システムは、色灯信号と固定標識で構成されています。これは、 JKV （フィンランド語：junakulunvalvonta）としてよく知られている自動列車制御システムEBICAB 900と併用されています。

イタリアでは、鉄道信号はRegolamento Segnaliと呼ばれる特定の指示書で説明されています(信号規制)。

インドの運行規則は「一般規則」と呼ばれ、インド鉄道のすべての管区鉄道に共通であり、鉄道委員会のみが改正できます。補助規則は、管区鉄道によって一般規則に追加されますが、一般規則に違反しません。修正は、修正票によって随時行われます。^{[ 20 ]}

日本の鉄道信号システムは当初、イギリスの鉄道信号システムに基づいており、分岐点においてはイギリスの路線信号システムを基にしている。しかし、信号システムの要求を満たすべく技術が進歩するにつれ、分岐点以外では段階速度信号が用いられるようになった。

香港鉄道の信号システムは、イギリスの鉄道信号システムの原理に由来しており、^{[ 21 ]}運営組織であるMTRの下で規則集や手順を開発する上で、その原理に基づいて運用され続けている。