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信号閉塞システム（または閉塞システム）は、主に鉄道で使用されている安全機構で、列車の衝突を防ぐために使用されます。閉塞システムは、信号、センサー、またはその他の機器を使用して線路を固定されたセグメント（「ブロック」）に分割し、一度に 1 つの列車がブロックを占有することができます。[ 1 ]これにより、列車が同じ線路上の別の列車に危険なほど近づく前に、常に停止する時間が確保されます。閉塞システムは、英国では作業方法、米国では運用方法、オーストラリアでは安全作業と呼ばれています。
ブロックシステムは、 2台以上の列車を同時に運行できる大型ジェットコースターにもよく見られます。ブレーキは、必要に応じてジェットコースターの列車を停止させるために使用されます。
列車の停止距離が長いため、閉塞システムは列車間の一定の最小距離を確保することで、列車同士の衝突を安全に防止する。
ブロック制は、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列車が、前方の列車に追いつく前に停止する時間を確保できるように設定されています。このようなシステムを導入する方法は数多くあります。
閉塞方式の欠点は、特定の路線上の列車の数が閉塞の数に制限されることです。路線の長さは固定されているため、列車の数を増やすには、より多くの短い閉塞を作成する必要があり、列車は安全に停止するために低速で運行する必要があります。[ a ]その結果、閉塞の数とサイズは路線全体の容量と密接に関係しており、路線沿いの信号に高額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。
ほとんどの鉄道路線は、駅の配置に固有の自然なブロックレイアウトを備えています。これにより、これらの場所に設置された手動信号装置を使用して、一連のブロックを実装することが可能になります。この場合、駅員は列車が駅を出発したことを示す旗を立て、一定時間経過後にのみ旗を取り外します。
列車は厳格な時刻表に基づいて運行されるため、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すべて到着するまで、駅を出発することはできません。もし1本の列車が遅延すると、その列車が待ち合わせをするすべての列車が遅延します。これはすぐに鉄道全体の列車運行に影響を与える可能性があります。
この方法は、潜在的に危険であり、非常に非効率的であるため、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広く採用されていた列車指令（Train Order）方式は、閉塞システムというよりは、列車の運行が衝突した場合にどの列車が優先権を持つかを決定するシステムであった。列車は時刻表と呼ばれるあらかじめ決められた運行計画に従って運行し、その時刻表には駅と呼ばれる固定された通過地点が定められていた。運行計画の変更は、列車指令員が列車指令という形で発令し、列車指令駅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伝達された。
この方法は現在、英国での使用が認可されていません。19世紀には、電信と交差命令と呼ばれる同様のシステムが使用されていましたが、1870年代に3件の深刻な正面衝突事故（1873年のコーンウォール鉄道メンヘニオット、1874年のグレート・イースタン鉄道ソープ、1876年のサマセット・アンド・ドーセット鉄道ラドストック）が発生したため、その使用は非難されました。
北米では、列車指令システムは、既存の閉塞システムに代わる必要が生じた際に、それらのシステムの上に導入されることが多かった。例えば、手動または自動の閉塞システムが導入されている場合、列車指令は、占有されている閉塞区域への進入、交通の流れに逆らう進入、あるいは交通の流れが確立されていない進入を許可するために使用された。
単線支線が単純なシャトル列車サービスのみの行き止まりであれば、トークンは1つで十分です。支線に入る（またはその一部を占有する）列車の運転士はトークンを所持していなければならず、他の列車との衝突は起こり得ません。トークンを手渡しで受け渡す便宜上、トークンはしばしば棒状になっており、通常は 長さ800mm、直径40mmで、列車の棒 と呼ばれていました。このような棒は、有効な路線の区間を示す真鍮製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、この作業方法は当初、One Engine in Steam (OES)と呼ばれていました。
現代版のワン・トレイン・ワーキング・システムは、列車乗務員なしで運行されます。この方式では、制御された分岐進入信号の解除が運転士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、分岐サービス列車が帰路で分岐の始点で2つの軌道回路を順次操作するまで、連動装置は信号を「危険」状態に保持します（そして、その信号はその後解除できません） 。分岐上での連続的な列車検知は不要です。安全は連動回路によって確保されており、軌道回路の故障が発生した場合は、パイロットマンによる特別な緊急操作を導入する必要があります。
線路区間を占有する権限は、列車乗務員がトークンを物理的に所持することによって付与され、そのトークンは、一度に1つの列車のみが線路区間を走行できるように取得される。
単線区間に近づく運転士はトークンを受け取り、それをブロック区間への進入許可証として使用します。そして、区間の反対側でトークンを返却します。しかし、同じ方向に列車が連続して運行される場合、最初の列車の後に職員が正しい場所にいないため、問題が発生しました。
そのため、通常の列車乗務員（OTS）の業務範囲が拡大された。同一方向に列車が2本連続で運行される場合、最初の列車の運転士は乗車券を見せる必要があったが、乗車券を所持することは許されなかった（理論上は乗車券に物理的に触れることになっていたが、厳密には守られていなかった）。運転士には、単線区間に入るための書面による許可証（乗車券と呼ばれる）が渡された。運転士は乗車券を区間の終点で返却し、乗車券を所持した2本目の列車が後続することができた。
列車の運行許可は、線路脇の信号機を人間が手動で操作することによって列車に伝えられ、列車の分離を確保するために他の運行区間駅と通信するための様々な手順が踏まれる。
複数の線路区間で使用されるこの方式では、電信線で接続された機器によって列車の通過が制御されます。分岐のない線路区間に信号所が 3 つある最も単純なケースでは、中央の信号所が列車の受け入れ要求を受け取り、信号係は関連する分岐器と信号を設定し、受け入れ信号を送信してから、線路沿いの次の信号所に受け入れを要求します。列車が通過すると、列車の後ろの信号は危険信号に戻され、信号係は列車が区間を離れたことを次の信号所に通知します。これらのメッセージは、遠隔の信号所でベルを鳴らすためにキーを押す電信機器によって伝達されます。絶対閉塞信号方式などのこのようなシステムは19 世紀に開発され、現在でもイギリスとオーストラリアで広く使用されています。[ 2 ]
このシステムでは、2つの駅間の特定の区間の線路の使用は、駅長同士が電話で合意します。安全性を高めるために、さらに複数の保護層を設けることも可能です。例えば、路線上のすべての駅に接続された監視権限を持つ管制所、時刻表（ポルトガル）、および／またはコンピュータ支援（フランス）などが挙げられます。
ポルトガル、スペイン、フランスでは、少なくとも一部の主要路線でこのシステムが依然として使用されているが、労働集約型であることや、主に人間の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、それ以上の人数が関わる場合もある）と駅での単純な連動装置に依存していることから、このシステムによって管理される線路の総延長は急速に減少している。
ポルトガルでは、1990年代半ばまで、電話による運行停止が国鉄網全体の主要な安全システムでした。そのため、多様な列車が運行する混雑した単線路線で多層的な安全対策を講じるために進化しましたが、その代償として多くの人員が必要となりました。ポルトガルのシステムでは、主要路線の列車運行の権限は沿線の駅のみにありますが、管制所が駅を監督し、意見の相違が生じた場合は、駅に運行の組織方法について指示を出します。一方、各列車の時刻表には、他の列車との相互作用（例えば、他の列車との交差、追い越す列車、追い越される列車など）がすべて、相互作用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って生じる、この時刻表からの逸脱は、書面で乗務員に通知されなければなりません。列車がすれ違う際は、両列車とも最寄りの駅で停車するのが一般的であるにもかかわらず、このシステムでは、自動信号システムと同等の高速列車の平均速度を維持できる。しかし、軽微な遅延が発生し、それが拡大すると、システムの追加安全モード（つまり、変更されたすれ違いパターンを反映させるために列車の運行指示を更新する、事務処理が多岐にわたるプロセス）が作動し、より長い遅延が発生する可能性がある。このような遅延は、少なくとも同じ理由では、自動信号システムでは発生しない。
一般的に、このシステムでは、閉塞区間は閉鎖されているものとみなされます。つまり、列車が一方の駅で閉塞区間に入り、もう一方の駅へ向かうには、事前に許可を得る必要があります。しかし、フランスでは、複数の線路がある場合、通常は一方向の線路区間では閉塞区間が開放されています。つまり、駅が前の列車が閉塞区間から出たことを確認した後、同じ方向に向かう次の列車はすぐに閉塞区間に入ることができ、進入駅の駅長は列車が閉塞区間に入った時刻を退出駅に通知します。
これは単線鉄道で使用するためのシステムで、トークンの使用も区間全体にわたる連続的な列車検知も必要としません。信号は、制御信号が一度に1つの列車のみが線路に進入することを許可するように設計されています。区間の終端にいる信号係は、列車全体が区間を出て、分割されていないことを目視で確認し、「尾灯が点灯した完全な列車」であることを確認する必要があります。[ 3 ]
自動閉塞信号システムは、センサーを通過する列車の動きに基づいて表示（外観）が変化する、通常はライトや旗などの一連の自動信号を使用します。これは、 2018年時点で最も一般的な閉塞システムです。、高速鉄道システムから幹線鉄道まで、ほぼあらゆる種類の鉄道で使用されている。システムの種類は非常に多く、信号の種類もさらに多岐にわたるが、いずれもほぼ同じように機能する。
前述の手動閉塞システムと同様に、自動システムも路線を固定ブロックに分割します。各ブロックの終端には、線路脇センサーとともに信号機が設置されます。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にある信号機に「ブロック占有中」の表示が出ます。ほとんどのシステムでは、列車が通過しても信号機はすぐに「ブロック空室中」の表示に戻るのではなく、ブロック占有状態を維持するための機械的な遅延が設けられるか、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。
安全性を確保する上で本当に重要なのは、列車の停止距離と、他の列車を視認できる距離です。閉塞区間は実際にはこの概念を実装しているわけではなく、路線上で最も停止性能の低い列車が停止するのに十分な時間を確保するための信号システムを実装しています。つまり、特定の路線上のすべての列車が同一でない限り、停止性能の高い列車は最高速度よりも低い速度で運行せざるを得ないということです。
重要な問題は、ある列車が他の列車を安全に視認して停止することができない点にある。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ない。この場合、固定閉塞を必要とせずに、どの列車も他の列車との安全な距離を保つことができる。こうした移動閉塞システムは、必要な技術が1970年代に初めて登場して以来、広く普及している。
このようなシステムでは、路線上のどの列車も他のすべての列車からの信号を受信し、停止するのに十分な距離を確保できるように走行します。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、自らの位置を示す信号を線路に注入していました。ケーブルは、列車のセンサーが受信できるさまざまな方法で位置情報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や線路脇の指示器などの外部位置情報システムを使用し、さまざまな無線方式で列車間でデータを送受信します。
移動閉塞方式の利点は、固定閉塞がないため、路線上の列車の数が固定されないことです。これにより、路線の輸送能力を大幅に向上させることができ、2012年の夏季オリンピックに向けた改良により、ロンドン地下鉄のジュビリー線とノーザン線では輸送能力が約50%向上しました。[ 4 ]
ブロック運転が最初に使われたのはおそらく1839年で、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時である。電信機は1841年にブロック運転専用のものに交換された。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『電信鉄道または単線』を出版し、単線でのより安全な運転方法としてブロック運転を一般的に使用することを提案した。それまでは、列車の分離は厳密な時刻表のみに依存しており、予期せぬ事態に対応できなかった。[ 5 ] 1898年、マーティン・ボダはブロックシステムの切り替え理論を説明した。[ 6 ] [ 7 ]