信号閉塞システム

信号閉塞システムは、列車同士の衝突を防ぎ、鉄道の安全で効率的な運行を可能にする。基本原理は、線路を一連のセクション、つまり「ブロック」に分割することである。一度に 1 つのブロックを占有できるのは 1 本の列車のみであり^[1]、ブロックのサイズは列車がブロック内で停止できる大きさである。^{[2]これにより、同じ線路上の別の列車に危険なほど接近する前に、列車が停止する時間が常に確保される。ブロック システムは、英国では}作業方法、米国では操作方法、オーストラリアでは安全作業と呼ばれている。

ほとんどの場合、信号システムはブロック間の列車の通過を制御するために使用されます。列車がブロックに入ると、両端の信号が変わり、ブロックが占有されていることを示します。通常は赤色のランプまたは表示旗が使用されます。列車が最初にブロックに入るとき、同じ列車の後部が前のブロックをまだ離れていないため、両方のブロックが占有済みとしてマークされます。これにより、占有済みとしてマークされている列車の両端のブロックの長さが 1 ブロックよりわずかに短いことが保証されるため、最初の列車が線路上で完全に停止した場合でも、そのセクションに近づく他の列車は間に合うように停止するのに十分なスペースがあります。以前に占有されていたブロックは、列車の最後尾が完全にブロックを離れ、ブロック全体が空になった場合にのみ、空いているとマークされます。

ブロック方式の欠点は、特定の路線の列車の本数がブロック数よりも少なく制限されることです。路線の長さは固定されているため、列車の本数を増やすにはより多くのブロックを作成する必要があり、ブロックが短くなり、列車は安全に停止するために低速で運転する必要があります。^[a]その結果、ブロックの数とサイズは路線全体の容量に密接に関連しており、路線沿いの信号に高価な変更が必要になるため、簡単に変更することはできません。

閉塞システムは、駅とヤードの間で列車を制御するために使用されますが、ヤード内では他の方法を使用するのが通常ではありません。閉塞システムは、関連する物理的な設備と、関連する一連の規則の適用によって定義されます。信号を使用するシステムもあれば、使用しないシステムもあります。一部のシステムは、正面衝突と追突の両方の危険がある単線鉄道用に特別に設計されていますが、複線鉄道では主な危険は追突です。

列車制御の基本的な問題は、進路変更が不可能であることと、積載された列車の停止距離が比較的長いことです。これは、特に夜間や悪天候の場合には、運転士の視力よりもはるかに長くなることがよくあります。距離が長すぎると、地形によって前方の列車が見えにくくなる場合があり、カーブなどの線路のルートによっては、他の列車をどこで探せばよいかさえわからなくなる場合があります。

このため、列車が線路上で故障し、後続の列車がカーブを曲がるときに突然その列車に遭遇したり、後続の列車の信号灯が突然見えたりする可能性があります。このような状況では、衝突する前に列車が停止するのに十分なスペースがありません。これは「ブリック ウォール基準」として知られています。完全に運行している 2 つの列車の場合でも、速度差が大きすぎて、速い列車が前の列車の速度に合わせて減速する時間がなく、衝突してしまう可能性があります。

ブロックは、列車間に一定の最小距離を確保することでこれらの問題を回避します。この距離は、速度と積載量の制限内で運行するすべての列車が、前の列車に到達する前に停止する時間を確保するために設定されます。このようなシステムを実装する方法は多数あります。

ほとんどの鉄道路線には、鉄道駅のレイアウトに固有の一種の自然なブロック レイアウトがあります。これにより、これらの場所に基づいて手動信号を使用して一連のブロックを実装できるようになります。この場合、駅のオペレーターは、列車が駅を出発したことを示すフラグを配置し、一定時間後にのみフラグを削除します。

列車は厳密な時刻表に従って運行されるため、指定された時刻まで、またその駅で待ち合わせをする他の列車が到着するまでは、駅を出発できません。1 本の列車が遅れると、その列車と待ち合わせをするすべての列車が遅れます。これにより、すぐに線路上のすべての列車に影響が及ぶ可能性があります。

この方法は、潜在的に安全性が低く、非常に非効率であるため、多くの交通量の多い鉄道システムでの使用は認可されていません。

1980 年代まで北米の単線路線で一般的だった列車指令方式は、閉塞方式というよりは、列車の動きが衝突した場合にどの列車に優先権を与えるかを決定する方式でした。列車は、駅と呼ばれる固定の通過地点を使用する時刻表と呼ばれる事前に決定された運行計画を使用します。運行計画の修正は、列車指令の形で列車指令係から行われ、列車指令ステーションのエージェントまたはオペレーターと呼ばれる仲介者を介して列車に送信されます。

この方式は現在英国では認可されていない。テレグラフ・アンド・クロッシング・オーダーとして知られる類似のシステムは19世紀に使用されていたが、1870年代に3件の重大な正面衝突事故（メンヘニオット、コーンウォール鉄道、1873年、ソープ、グレート・イースタン鉄道、1874年、ラドストック、サマセット・アンド・ドーセット鉄道、1876年）が発生した後、その使用は非難された。

北米では、列車指令システムは、他の閉塞システムに取って代わる必要がある場合に、その閉塞システムの上に実装されることがよくありました。たとえば、手動または自動閉塞が実装されている場合、列車指令は、交通の流れに逆らって、または交通の流れが確立されていない場所で、占有された閉塞への移動を承認するために使用されます。

単線の支線が行き止まりで、シャトル列車が運行しているだけの場合は、トークンは 1 枚で十分です。支線に入る (またはその一部を占有する) 列車の運転手はトークンを所持している必要があり、他の列車と衝突することはありません。トークンは手渡ししやすいように、棒の形をしていることが多く、通常は長さ 800 mm、直径 40 mm で、列車棒と呼ばれます。このような棒は、有効な線路区間を示す真鍮のプレートが付いた木製の棒の場合もあれば、鍵の形をしている場合もあります。

英国の用語では、この作業方法はもともとOne Engine in Steam (OES)と呼ばれていました。

ワン トレイン ワーキング システムの現代版は、列車係員なしで運行されます。これらの路線では、制御された分岐進入信号のクリアが、運転手の分岐進入の唯一の権限であり、列車がその信号を通過すると、インターロックにより、分岐サービス列車が帰路で分岐の開始点の 2 つの軌道回路を順番に操作するまで、列車は「危険」状態に保持されます (その後、信号はクリアされません) 。分岐での継続的な列車検出は必要ありません。インターロック回路によって安全性が確保され、軌道回路に障害が発生した場合は、操縦士による特別な緊急作業を導入する必要があります。

ブロックを占有する権限は、列車のスタッフがトークンを物理的に所有することによって付与されます。トークンは、一度に 1 つの線路セクションに列車が 1 つだけ存在するように取得されます。

単線区間に近づく運転手はトークンを受け取り、それを閉塞区間に入るための権限として使用します。運転手は、区間の反対側の端でトークンを返却します。これにより、1 本の列車の後に同じ方向に別の列車が続く場合、最初の列車の後にスタッフが正しい端にいないため、問題が発生します。

そのため、一般列車係員 (OTS) の権限が拡大されました。つまり、ある列車の後に別の列車が同じ方向に続く場合、最初の列車の運転手はトークンを見せる必要はありましたが、それを所有してはなりませんでした (理論上はトークンに物理的に触れることになっていたのですが、これは厳密には守られませんでした)。運転手には、チケットと呼ばれる単線区間に入るための書面による許可が与えられました。運転手はその後、セクションの反対側の端でチケットを返却して先へ進むことができ、2 番目の列車は係員を所有して後を追うことができました。

ブロックを占有する権限は、列車の分離を確保するために他のブロック ステーションと通信するためのさまざまな手順に従って人間のオペレーターによって手動で制御される沿線信号を使用して列車に伝えられます。

複数の線路区間で使用されるもので、ある地点から次の地点への列車の通過は電信線で接続された計器によって制御されます。最も単純なケースでは、ジャンクションのない線路上に 3 つの信号ボックスがあり、3 つのボックスのうち中央のボックスが列車の受け入れ要求を受け取り、信号手が関連するポイント (分岐器) と信号、および信号受け入れを設定し、線路沿いの次の信号ボックスに受け入れを要求します。列車が通過すると、その後ろの信号は危険状態に戻り、信号手は列車がその区間を離れたことを次の信号ボックスに通知します。これらのメッセージは、遠隔の信号ボックスでベルを鳴らすために押されるキーを備えた電信計器によって伝えられます。絶対閉塞信号などのこのようなシステムは19 世紀に開発され、英国とオーストラリアで現在でも広く使用されています。^[3]

このシステムでは、2 つの駅間の線路の特定のセクションの占有は、電話を介して駅長間で合意されます。安全性を高めるために、保護層を追加することもできます。たとえば、ライン上のすべての駅に監視権限が接続された規制所、時刻表 (ポルトガル)、および/またはコンピューター支援 (フランス) などです。

ポルトガル、スペイン、フランスでは、少なくとも一部の幹線でこのシステムがまだ使用されていますが、このシステムによって管理される線路の総延長は、主に人間によるコミュニケーション（ブロックの両端にいる2人の駅長だけでなく、それ以上の人が関与することもある）と駅での単純な鉄道連動装置に依存しているため、労働集約性と本質的に安全性に欠けるとの認識により急速に減少しています。

ポルトガルでは、リソース不足のため、1990 年代半ばまで電話ブロックが国営鉄道網全体の主な安全システムでした。そのため、電話ブロックは、多種多様な列車種別が運行する混雑した単線路線に多層的な安全を提供しようと試みる方向に進化しましたが、そのためには多くの人員配置が必要でした。ポルトガルのシステムでは、幹線での列車運行の権限は沿線の駅にのみありますが、監督官庁がそれらを監督し、意見の相違がある場合は、駅に列車運行方法を指示します。一方、各列車の時刻表には、他の列車とのやり取り (他の列車との交差、追い越しする列車、追い越す列車など) がすべて、やり取りが発生する駅に明確に表示されています。遅延や臨時列車などによりそれから逸脱する場合は、書面で列車乗務員に通知する必要があります。 2 本の列車が交差する場合、両方とも最寄り駅に停車するという一般的な慣例にもかかわらず、このシステムでは、自動信号線と同程度の高速列車の平均速度が実現されています。ただし、小さな遅延が発生してそれが拡大すると、システムの追加の安全モード (つまり、変更された交差パターンを反映するために列車の移動指示を更新する、書類作業の多いプロセス) が呼び出されるため、遅延が長くなる可能性があります。このような遅延は、少なくとも同じ理由では、自動信号線では発生しません。

一般的に、システムでは、ブロックは閉じられているものと想定されています。つまり、列車が他の駅に向かう途中のブロックに入る前に、許可を得る必要があります。ただし、フランスでは、複数の線路がある場合、片方向の線路セクションでは通常、ブロックは開いています。つまり、駅で前の列車がブロックを離れたことを確認すると、同じ方向に移動する次の列車はすぐにブロックに入ることができ、入口駅の駅長は、列車がブロックに入った時間を出口駅に通知します。

これは単線鉄道で使用するシステムで、トークンの使用や区間を通した連続列車検知の用意は必要ありません。信号は、制御信号によって一度に1本の列車のみが線路に入ることができるように設計されています。区間の端にいる信号手は、列車が「テールランプを完備している」ことを確認することで、列車全体が区間を離れ、分割されていないことを視覚的に確認する必要があります。^[4]

自動閉塞信号は、通常はライトまたは旗である一連の自動信号を使用し、センサーを通過する列車の動きに基づいて表示または外観を変更します。これは、2018年現在、最も一般的なタイプの閉塞システムであり、高速輸送^[update]システムから鉄道本線まで、ほぼすべてのタイプの鉄道で使用されています。多種多様なシステムがあり、信号もさらに多種多様ですが、それらはすべてほぼ同じ方法で機能します。

上で概説した手動ブロック システムと同様に、自動システムではルートを固定ブロックに分割します。各ブロックの端には、信号機のセットと線路脇のセンサーが設置されています。列車がセンサーを通過すると、信号機が作動し、そのブロックの両端の信号機に「ブロックが占有されている」という表示が出ます。ほとんどのシステムでは、列車が去っても信号機はすぐに「ブロックが空いている」という表示に戻りません。代わりに、何らかの機械的な遅延があり、ブロックが占有されているという表示が維持されます。または、より一般的には、「注意して進んでください」という表示が出されます。

安全を確保するという点では、実際に考慮すべきことは、特定の列車の停止距離と、他の列車を発見できる距離です。ブロックは実際にはこの概念を実装しているわけではなく、線路上で最もパフォーマンスの悪い列車が停止するのに十分な時間を確保する信号システムを実装しています。つまり、特定の線路上のすべての列車が同一でない限り、停止性能が優れている列車は、最高速度よりも低い速度で運転することを余儀なくされます。

重要な問題は、列車が他の列車を安全に発見できず、停止できないことです。しかし、列車間通信システムを備えた列車の場合はそうではありません。この場合、固定ブロックを必要とせずに、どの列車も他の列車から安全な距離を保つことができます。これらの移動ブロック システムは、必要な技術が 1970 年代に初めて登場して以来、普及してきました。

このようなシステムでは、ルート上のどの列車も他のすべての列車からの信号を聞き、停止するのに十分な距離を確保しながら移動することができます。初期の移動閉塞システムでは、線路に沿って張られたケーブルが使用されていました。列車は磁気誘導を利用して線路に信号を注入し、位置を示します。ケーブルは、列車のセンサーで拾えるさまざまな方法でその位置を提供することもできます。より現代的なシステムでは、GPSや線路脇のインジケータなどのオフボード位置システムを使用し、さまざまな無線ベースの方法を使用して列車間でデータを送信します。

移動閉塞システムの利点は、固定閉塞がないため、路線上の列車の数が固定されていないことです。これにより、路線の容量が大幅に向上します。ロンドン地下鉄のジュビリー線とノーザン線では、 2012年夏季オリンピックに向けたアップグレードにより、容量が約50％向上しました。^[5]

ブロック ワークが初めて使用されたのは、おそらく 1839 年、ノース ミッドランド鉄道のクレイ クロス トンネルにクック アンド ホイートストン電信機が設置されたときです。電信機器は 1841 年にブロック ワーク専用のものに交換されました。1842 年、クレイ クロス システムを構築したウィリアム フォザーギル クックは『Telegraphic Railways or the Single Line』を出版し、単線での作業のより安全な方法として、ブロック ワークを一般に使用することを提案しました。以前は、列車の分離は厳密な時刻表のみに依存していましたが、予期しない事態には対応できませんでした。^[6] 1898 年、マーティン ボーダはブロック システムのスイッチング理論を説明しました。^{[7] [8]}

• 絶対ブロック信号
• タクシー信号
• 集中交通管制
• 直接交通管制
• 無線電子トークンブロック
• 令状を追跡する
• 列車指令操作

• ヒンソン、ジョン（2020）。「シグナルボックス」
• キッチンサイド、ジェフリー、ウィリアムズ、アラン (2008)。『Two Centuries of Railway Signaling (第 2 版)』。オックスフォード出版。ISBN 978-0-86093-672-5。
• Vanns, Michael A. (2012)。「1870 年代の信号革命」。蒸気時代の信号。abc (第 2 版)。イギリス、サリー州ハーシャム: Ian Allan。ISBN 978-0-7110-3536-2。