Залізни́чна світлофо́рна сигналіза́ція — частина сигналізації на залізницях та рейковому транспорті, виконана на основі залізничних світлофорів. Маючи в цілому конструктивно і зовні подібні світлофори, різні системи рейкового транспорту використовують різні системи значень (сигнальних покажчиків), тобто наказів машиністу (водію рухомого складу), що містять різний зміст, і належать до різних систем передачі покажчиків у вигляді зорового образу.
Світлофорна сигналізація у світі
Значення, що виражаються світлофорною (і семафорною) сигналізацією
Поїзна сигналізація Спочатку світлофорна (точніше, семафорна) сигналізація була створена для регулювання руху поїздів. В першу чергу під цим малося на увазі дозвіл або заборона поїзду вступати на деяку ділянку колії, з метою запобігання зіткнення потягів з рухомим складом або вступу поїзда на неготовий маршрут (тобто не перекладені, недоперекладені, не замкнуті стрілки, пошкоджену ділянку колії тощо), а також часто просто з метою передачі поїзду вказівки відправлятися зі станції в певний час або затриматися. На основі цього розвивалася далі поїзна світлофорна сигналізація. Тому найперші, базові покажчики поїзної світлофорної сигналізації - «стій! проїзд заборонений» і «проїзд дозволений».
Також природним чином було прийнято, що саме місце встановлення світлофора позначає точку, за яку поїзд не повинен заїзджати при заборонному покажчику. Перший спосіб був досить простий і дешевий в реалізації, але незручний і дорогий в експлуатації - особливо при інтенсивному русі. Він полягав у тому, що після руху по ділянці без сигналів - на великій швидкості - наближаючись до сигналу і ще не бачачи його показання, машиніст повинен був просто знижувати швидкість, відповідно до видимісті, щоб опинитися в стані загальмувати перед сигналом, якщо він виявиться закритий. Для вказівки того, що поїзд наближається до сигналу (зазвичай це стосувалося до вхідних сигналів станцій), використовували спеціальні сигнальні знаки, що розставляються на певних відстанях до сигналу. У німецькій і потім російської традиції вони мали вигляд прямокутних вертикальних білих табличок з косими смугами (зазвичай чорного кольору) числом від 1 до 3-4: табличка з 1 смугою розміщувалася на відстані гальмівного шляху з деякою добавкою, а з 2, 3 і, іноді, 4 смугами - перед нею, через якісь рівні проміжки, наприклад, 100 метрів. Знайомі автомобілістам дорожні знаки перед переїздом абсолютно характерного вигляду - практично прямі нащадки тих табличок, і відрізняються від них хіба що кольором смуг і, можливо, розміром.
Аналогічно робилося і з вихідними сигналами станцій, якщо вони взагалі встановлювалися (дозвіл на відправлення на перегін часто давався усним наказом, або у вигляді записки, або шляхом передачі жезла, або ручним видимим сигналом чергового по станції). Передбачалося, що поїзд в будь-якому випадку повинен зупинитися або хоча б сильно зменшити швидкість на станції.
Зрозуміло, що це не підходило для всіх ділянок і станцій - адже багатьом поїздам не було потрібно зупинятися на станції, а зайва втрата часу при «підповзанні» до вхідного сигналу не тільки збільшувала час у дорозі, але і знижувала пропускну здатність, оскільки затримувала звільнення перегону і дозвіл на відправлення туди наступного поїзда, а також, звичайно, приводила до перевитрати палива на зайві розгони.
Тому незабаром було ухвалено й інший спосіб, який і є ще однією основою більшості сучасних систем залізничної сигналізації. Він полягав у використанні попереджувальних сигналів, розташованих, як і вищеописані таблички, на відстані гальмівного шляху, при цьому самі таблички часто також використовувалися (і використовуються на деяких залізницях і в даний час), щоб в свою чергу попередити машиніста про наближення до попереджувальному сигналу, щоб він не пропустив його, наприклад, під час туману, зливи, хуртовини. Попереджувальний сигнал прямо інформує машиніста про показання основного сигналу; при цьому машиніст повинен припускати, що стан основного сигналу не зміниться з тих пір, як він проїхав повз попереджувальний, і ще не побачив показання основного. Звичайно, на відкриття основного сигналу в такий момент не накладається ніяких обмежень, і машиніст повинен сприймати таку ситуацію як нормальну (хоча це і незручність), але закриття відкритого сигналу перед поїздом, хоча і можливо, але, ймовірно, говорить про якусь аварійну ситуацію, і природно, не виключає проїзд поїздом цього сигналу, так як гальмівного шляху може вже не вистачити.
Вочевидь, що за зовнішнім виглядом покажчики попереджувального сигналу повинні чітко відрізнятися від покажчиків основного. Особливо відрізнятися має покажчик, який попереджає про заборонний, від самого забороного, в той час як дозволяє і попереджувала про дозвільному показанні відносно допустимо робити і порівняно схожими (але все-таки відрізнятися вони - на цій стадії розвитку сигналізації - обов'язково повинні, щоб не створити плутанину , адже відкритий вхідний сигнал, наприклад, початково вимагав тим не менш зупинки на станції). Спочатку попереджувальні сигнали встановлювалися перед вхідними сигналами станцій і сигналами ручних або напівавтоматичних блок-постів на перегонах. Пізніше для забезпечення наскрізного проходження через станцію без зайвого зниження швидкості попереджувальні сигнали стали ставити і на вході на станцію, зазвичай поруч або разом з вхідним сигналом. Аналогічно робили і на системах автоблокування, що з'явилися тоді — або окремим попереджувальним сигналом забезпечувався кожен основний сигнал, або, частіше, через часте розташування сигналів — практично на відстані гальмівного шляху — попереджувальний сигнал поєднувався на одній щоглі з попереднім основним сигналом. Зрозуміло, що виносити попереджувальний сигнал ще далі за попередній основний було не можна, так як це викликало б плутанину з приводу того, до якого сигналу відноситься даний попереджувальний.
З поширенням такої практики - поєднання на одній щоглі основного сигналу (тобто здатного вимагати зупинки перед ним) і попереджувального сигналу для наступного основного - стало ясно, що на відміну від попереджувального сигналу, що стоїть окремо, якого поїзд не досягав при закритому попередньому основному, необхідна ув'язка показань між ними, щоб не виникало ситуації, коли при закритому основному сигналі видно попереджувальний, який свідчить про те, що відкритий наступний сигнал, тому що цей наступний сигнал не відноситься до даного поїзду, який просто не повинен заїжджати за закритий сигнал (може бути, цей сигнал відноситься до поїзду, який іде попереду, може бути, шлях за сигналом розгалужується, і при невстановленому маршруті зовсім не визначено, який же саме сигнал взагалі є наступним). Хоча про це міг би подбати сам машиніст, це вже шкідлива перевантаження його непотрібною інформацією, і тому стало прийнято не показувати на попереджувальному дозвільне показання, коли основний сигнал на тій же щоглі закритий: або при цьому показувалося показання, яке попереджає про закриті сигнали, або взагалі якесь нейтральне показання, таке, як вертикальне, заховане за щоглу крило семафора або погашений вогонь.
Також стало зрозуміло, що на лініях і системах, де така розстановка сигналів переважає, можливо і зручно взагалі повністю поєднати свідчення цих сигналів. В результаті, там, де їх дійсно поєднали (наприклад, на багатьох дорогах в США), вже основні сигнали стали давати попереджувальні показання: тепер показань основного сигналу вже 3: «Стій!», «Дозволяється проїжджати сигнал, наступний сигнал закритий», «дозволяється проїжджати сигнал, наступний сигнал відкритий». При цьому показання тих сигналів, які за змістом і взаємозалежності не зв'язувалися між собою, тобто окремо розташованих попереджувальних сигналів, і основних сигналів, що не дають інформації про показання наступного основного сигналу (наприклад, коли наступний сигнал за багато кілометрів), могли або залишатися відмінними від нових суміщених сигналів, або уніфіковувались з ними у відповідності зі здоровим глуздом, а відмінність залишалася тільки в зовнішньому оформленні або маркуванні сигналу. Станом на сьогоднішній день залізнична сигналізація США занадто неоднорідна та різна відповідно до кожного штату. Часто машиністам доводиться вчити сигнали всіх цих штатів.
У тих системах сигналізації, де це було зроблено, стало можливим так само вводити більш далеке попередження про закрите сигналі - вже не на наступному, а через один сигнал (і в принципі навіть далі), просто вводячи ще одне свідчення, а не збільшуючи число самих сигналів на одній щоглі. Це дає можливість або збільшити швидкість, не змінюючи в цілому розстановку сигналів, або при незмінній швидкості поїздів зменшити майже в 2 рази довжину блок-ділянок (відстань між сигналами), одночасно кілька зменшивши (практично - приблизно в 1,4 рази при відносно вільного руху і більш, ніж в 1,5 рази при обмеженому русі) мінімально можливий міжпоїзний інтервал. Таким чином, в цьому аспекті можна системи світлофорної / семафорної сигналізації розділити на 2 принципово різних типи - зі збереженням окремих попереджувальних сигналів, встановлених при основних сигналах, і з об'єднаними показаннями.
Однак, крім вказівки про заборону / дозвіл проїзду взагалі, з'ясувалося, що машиніст потребує також в інформації про допустиму швидкість руху. При цьому мова йде не просто про якісь постійних обмеженнях швидкості на певній ділянці, про яких машиніст повинен знати і пам'ятати і без сигналів, і які, як правило, позначаються якимись постійними знаками уздовж шляху, і не тимчасових, при яких машиніст також повинен бути поінформований заздалегідь, а про обмеження швидкості, що визначаються тим, який маршрут встановлений для поїзда. Найбільш часто мова йде про різницю між проходження стрілочного переводу по прямому напрямку і по відхиленню. На широкої колії залізницях допустима швидкість проходження по відхиленню через більшість стрілочних переводів встановлена від 20 до 50 км/год, в той час як швидкість руху по головній колії набагато більше. Фактично в наш час гальмівний шлях, необхідний для зниження швидкості зі встановленої для головної колії, до швидкості проходження по відтинку, мало відрізняється від гальмівного шляху для зупинки, а вимога зниження швидкості також критична для безпеки руху.
При виконанні цього завдання в різних системах сигналізації пішли різними шляхами, через що ці системи прийнято розрізняти ще за однією ознакою - швидкісна або маршрутна сигналізація (в англ. Прийняті словосполучення route signalling і speed signalling), а також різні інші варіанти, які не можна вважати чисто швидкісними або чисто маршрутними.
Основна ідея чисто маршрутної сигналізації: сигнали, крім показань, розглянутих вище, які залишаються принципово незмінними, в тих випадках, коли знаходяться на наближенні до розгалуження, мають додаткові свідчення, точно вказують машиністу маршрут, по якому буде спрямований потяг, а машиніст, виходячи з цього і знаючи допустимі швидкості для всіх можливих маршрутів, визначає свої подальші дії. Часто маршрутів виявляється дуже багато, і може вказуватися не конкретний повний маршрут, а якась група маршрутів, яка тим не менш реально (топологічно) існує і швидкість за якими до деяких точок в принципі однакова. Відповідно, в рамках цієї концепції вказівку точного маршруту було б необхідно на відстані принаймні гальмівного шляху до точки, де починає відрізнятися допустима швидкість, з повторенням на кожному сигналі після першого вказівки.