إشارات السكك الحديدية في أمريكا الشمالية

تنقسم الإشارات في أمريكا الشمالية عادةً إلى ثلاثة أنواع.

• إشارات المرور المطلقة – عادةً ما تكون إشارات المرور المطلقة متصلة بنظام تعشيق يتحكم فيه مشغل إشارة أو مسؤول تشغيل القطارات . أكثر ما يميزها تقييدًا هو إشارة "التوقف"، ولا يمكن للقطارات تجاوزها عند التوقف إلا بتصريح خاص. تُعرض إشارات المرور المطلقة تلقائيًا إشارة التوقف ما لم يتم التصريح بذلك صراحةً من قِبل جهة التحكم. في الممارسات القديمة، كانت رؤوس الإشارات المتعددة تقع مباشرةً فوق بعضها البعض وتحت بعضها على الصاري. 
• الإشارات الآلية – تُدار الإشارات الآلية بواسطة نظام منطقي متصل بدوائر كهربائية على السكة ، حيث تكتشف وجود القطارات أو العوائق تلقائيًا. تتميز هذه الإشارات بصلاحيتها، بينما يقتصر تقييدها على إشارة "المرور المقيد". يمكن للقطارات المرور عبر إشارة آلية تحمل هذه الإشارة دون الحاجة إلى أي تصريح خارجي. عادةً ما تُعرف الإشارات الآلية بلوحة أرقام مثبتة عليها، وفي السابق، بوجود عدة رؤوس إشارات متقابلة على الصاري (أي على جانبي الصاري). 
• الإشارات شبه الآلية – هي تلك التي تعمل عادةً كإشارة آلية، ولكن يمكن ضبطها لعرض إشارة "قف" مطلقة. لا تحتوي الإشارات شبه الآلية على لوحة أرقام، ولكنها قد تعرض إشارة "مرور محدود" صريحة. 

تشمل أنواع الإشارات الأخرى إشارات أوامر القطارات ، وإشارات الكتل اليدوية ، أو الإشارات التي تحكم أجهزة السلامة الخاصة مثل الحواجز المنزلقة ، والمسارات الجانبية غير المتشابكة ، ومعابر الطرق، وما إلى ذلك. وهذه أقل شيوعًا بكثير من الأنواع الثلاثة القياسية.

تتبع إشارات المرور في أمريكا الشمالية عمومًا تصميمًا موحدًا. تتكون الإشارة العالية من رأس واحد إلى ثلاثة رؤوس مثبتة بشكل عمودي تقريبًا، حيث يستطيع كل رأس عرض من جانب إلى أربعة جوانب مختلفة. تُعرَّف الإشارات الآلية بلوحة أرقام، بينما لا تُعرَّف الإشارات المطلقة بلوحة أرقام. يعتمد جانب الإشارة على مزيج من الجوانب التي يعرضها كل رأس على حدة. عندما تحتوي الإشارة على رؤوس متعددة، تُقرأ الجوانب من الأعلى إلى الأسفل وتُوصَف على النحو التالي: " س فوق ص فوق ع ".

إشارات المرور الصغيرة هي إشارات أصغر تُستخدم في المناطق ذات السرعات المنخفضة أو ذات المساحات المحدودة. تحتوي معظم أنظمة الإشارات على مجموعة متوازية من العناصر المستخدمة مع إشارات المرور الصغيرة، وهي تختلف عن العناصر المستخدمة في إشارات المرور الكبيرة. قد تحتوي إشارات المرور الصغيرة على رؤوس متعددة تمامًا مثل إشارات المرور الكبيرة، ولكن في بعض الأحيان تستخدم إشارات المرور الصغيرة ما يُسمى "الرؤوس الافتراضية" لتوفير المساحة والتكلفة. في هذه الحالة، تعرض إشارة المرور الصغيرة مصابيح متعددة على ما يُفترض أن يكون رأس إشارة واحد، مما يُعطي انطباعًا بوجود رؤوس إشارات متعددة. على سبيل المثال، يمكن لمجموعة من مصابيح المرور الصغيرة بالترتيب التالي: أصفر، أحمر، أخضر، أن تعرض ألوانًا صفراء وحمراء وخضراء بشكل منفصل، بالإضافة إلى عرض اللون الأصفر فوق الأخضر والأحمر فوق الأخضر.

تُوضع خلف رأس الإشارة لوحة داكنة أو هدف ، مما يُحسّن من وضوح الإشارة في الإضاءة المحيطة الساطعة. تختلف تصاميم الأهداف، ولكنها عادةً ما تكون دائرية أو بيضاوية، حسب تصميم مصابيح الإشارة. لكل نوع من أنواع الإشارات، توجد عادةً مجموعة من أبعاد الأهداف التي يُمكن لشركة السكك الحديدية اختيارها. ولأن الإشارات القزمة غير مصممة ليتم رؤيتها من مسافات بعيدة، فإنها لا تُجهز عادةً بأهداف.

تُركّب الإشارات عادةً على أعمدة جانبية للسكك الحديدية بارتفاع يتراوح بين 3.7 و4.6 متر (12 إلى 15 قدمًا ) لتكون في مجال رؤية سائق القطار. كما يمكن تركيبها على جسور الإشارات أو أعمدة ناتئة تمتد عبر مسارات متعددة. توفر جسور الإشارات والأعمدة عادةً خلوصًا لا يقل عن 6.1 متر (20 قدمًا) فوق السكة. أما أعمدة الأقواس ، فتُرتّب عليها إشارات متعددة للتحكم في مسارين متجاورين. وتميل أعمدة الأقواس إلى أن تكون أطول أنواع الإشارات لتمكين طاقم القطار من رؤيتها فوق القطار الموجود على المسار الفاصل. قد تُركّب الإشارات في المناطق المكهربة على هيكل السلك العلوي ، بينما قد تُركّب الإشارات على الخطوط ثنائية الاتجاه متقابلة على نفس جهاز التركيب.  

قبل عام ١٩٨٥، كانت اللوائح تشترط تركيب الإشارات أعلى يمين المسار الذي تتحكم به. صُمم هذا التركيب لتمكين سائق القطار من رؤية الإشارة عند قيادة قاطرة بخارية أو ديزل ذات غطاء طويل يحجب الرؤية إلى اليسار. في معظم الحالات، وخاصةً عند تطبيق نظام السير ثنائي الاتجاه، كان لا بد من تركيب الإشارات أعلى المسار أو على أعمدة داعمة لتوفير هذا الوضع على اليمين. مع تطور تصميم القاطرات لتحسين الرؤية على جانبي المسار، عُدّلت اللوائح لتسمح لشركات السكك الحديدية بالتحول إلى إشارات ثنائية الاتجاه من نوع الأعمدة، مع استخدام جسور الإشارات فقط في حالات خاصة تشمل مسارات متعددة أو رؤية محدودة.

تُثبّت إشارات القزم عادةً على الأرض في المناطق ذات الحركة البطيئة أو ذات المساحات المحدودة. وقد تُثبّت أحيانًا على ارتفاع أعلى على سارية صغيرة أو هيكل آخر لتحسين الرؤية. تُعرف هذه الإشارات باسم "إشارات القزم العالية" أو "إشارات العصا"، ولكن التثبيت على ارتفاع عالٍ لا يُغيّر من استخدامات إشارة القزم في السرعات المنخفضة.

تتكون مصابيح الإشارة الكهربائية عادةً من مصابيح متوهجة منخفضة الطاقة (35 واط) تعمل بتيار مستمر منخفض الجهد، أو، في الآونة الأخيرة، بمصفوفات LED عالية الإضاءة. تستخدم إشارات المصابيح المتوهجة عدسة مزدوجة لتركيز إضاءتها المنخفضة على مسافة طويلة ( 1100 متر في ضوء النهار ). قد تستخدم إشارات LED الحديثة مصفوفة غير مركزة أو تعمل كبديل مباشر خلف العدسة التقليدية. يبلغ القطر القياسي لعدسات الإشارة في الولايات المتحدة 210 ملم . تستخدم إشارات أمريكا الشمالية مجموعة ألوان قياسية ، تم تحديدها في أكتوبر 1905، وأصبحت شائعة الاستخدام في وسائل النقل الأخرى كما هو موضح في الصفحة 384 من قاموس سيمونز- بوردمان للإشارات لعام 1911.   

• اللون الأخضر – يُستخدم للإشارة إلى "الوضع آمن" أو للمتابعة.
• اللون الأصفر – يُستخدم لتنبيه السائق إلى توقف وشيك أو تخفيض السرعة في منطقة مزدحمة أمامه. كما يُستخدم أيضاً للحركات البطيئة.
• الأحمر - يستخدم للإشارة إلى التوقف التام أو أي حالة تقييدية أخرى، أو يستخدم كضوء بديل (عندما يكون هذا الجزء من الإشارة غير مستخدم ولكن لتأكيد للطاقم أن الإشارة تعمل، حتى لا يتطلب الأمر تخمين بقية التركيبة في حالة تعطل الضوء).
• الأزرق - عند وضعه على عمود إشارة، يشير إلى المسار الفاصل بين الإشارة والمسار الذي تنطبق عليه الإشارة، أو للإشارة إلى أنه لا يجب تحريك جميع المعدات الموجودة على قسم المسار خلف الإشارة الزرقاء لأن العمال موجودون تحت المعدات أو عليها أو بداخلها.
• اللون البنفسجي – لونٌ مُهمل. حتى عام 1940 تقريبًا، ^{[ 1 ]} كانت العدسات البنفسجية تُستخدم بدلًا من الحمراء كإشارة "قف" في بعض ساحات السكك الحديدية ومواقع خروج القطارات عن القضبان . في عام 1952، قضت لجنة التجارة بين الولايات الأمريكية بعدم استخدام اللون البنفسجي لهذا الغرض في الولايات المتحدة.
• ضوء القمر الأبيض – ضوء مُرشّح باللون الأزرق لإزالة أي أثر للون الأصفر، ويُستخدم للإشارة إلى حالة تقييد التقدم.
• اللون الأصفر الليموني (الاسم الرسمي لـ AAR) - يستخدم في أنظمة إضاءة المواقع كلون عالي الوضوح متعدد الأغراض، وأكبر قدرة على اختراق الضباب.
• أبيض (عادي) – ضوء أبيض متوهج عادي. يُستخدم في إشارات ضوئية قصيرة المدى ذات عدسات مصنفرة.

يمكن ضبط كل رأس إشارة على حدة لتومض بلون معين لإضفاء مظهر مختلف على الإشارة. في الولايات المتحدة، تومض الإشارات عادةً رأسًا واحدًا فقط في كل مرة، بينما في كندا قد تومض رأسين في الوقت نفسه؛ وتُعد الأضواء الوامضة عمومًا أقل تقييدًا من الأضواء الثابتة.

تستخدم بعض أنظمة النقل السريع لونين فقط من ألوان مصابيح الإشارة (الأبيض القمري للمضي قدماً والأحمر للتوقف التام)؛ ومن الأمثلة على ذلك مترو بالتيمور سابواي لينك ، ومترو واشنطن، وخط باتكو السريع .

تعتمد قواعد وخصائص الإشارات على عدة سرعات محددة مسبقًا. وتُستخدم هذه السرعات أيضًا في نظام الإشارات من نوع المسار الضعيف.

• السرعة العادية – السرعة العادية لخط السكة الحديد، والمعروفة أيضًا باسم السرعة القصوى المسموح بها (MAS).
• السرعة المحدودة – سرعة أقل من السرعة العادية، تم استخدامها بدءًا من أربعينيات القرن العشرين مع محولات السرعة العالية . وتُحدد هذه السرعة من قبل كل شركة سكك حديدية على حدة، وتتراوح بين 64 كم /ساعة و 97 كم/ساعة .  
• السرعة المتوسطة – مفهوم أصلي لسرعة "مخفضة" قياسية، تُضبط عادةً على 48 كم/ ساعة (30 ميلاً في الساعة)، ويمكن أن تصل إلى 64 كم/ساعة (40 ميلاً في الساعة) . هذه هي السرعة النموذجية لحركات القطارات المتفرعة عبر نقاط التعشيق، وهي أيضاً السرعة التي تُحدد بها القطارات عند الاقتراب من إشارات التوقف أو إشارات المرور المقيد.  
• السرعة المنخفضة – 24 كم/ ساعة (15 ميلاً في الساعة) داخل حدود نظام التشابك، و32 كم/ساعة (20 ميلاً في الساعة) خارج حدوده. يُستخدم هذا النظام للقطارات التي تجتاز مسارات معقدة عند نقاط التشابك.  
• السرعة المقيدة – تُستخدم للقطارات التي تدخل أو تعمل في مناطق غير مزودة بإشارات، أو عند دخولها مسارًا غير مُفعّل. التعريف التنظيمي: لا تتجاوز السرعة 32 كم/ساعة (20 ميلًا في الساعة) خارج حدود نظام الإشارات، و24 كم/ساعة (15 ميلًا في الساعة) داخل حدود نظام الإشارات. يجب أن تكون القطارات التي تعمل بالسرعة المقيدة قادرة على التوقف في نطاق نصف مدى الرؤية، مع تجنب أي عائق، ويجب عليها الانتباه إلى القضبان المكسورة.  

صُممت جوانب الإشارة لتتضمن درجة معينة من تحمل الأعطال . غالبًا ما تُصمم هذه الجوانب بحيث يؤدي عطل المصباح أو حجبه إلى جعل الجانب الناتج أكثر تقييدًا من الجانب المقصود. تتطلب قواعد التشغيل ( GCOR أو NORAC أو CROR ) التعامل مع رؤوس الإشارات المظلمة أو المحجوبة على أنها تعرض الجانب الأكثر تقييدًا (أي التوقف)، ولكن تصميم الجانب المقاوم للأعطال يُساعد المهندس على اتخاذ إجراء أكثر أمانًا قبل أن يصبح عطل الإشارة واضحًا. مع أن بعض الجوانب ليست مقاومة للأعطال، فإن المصباح الأخضر في أعلى رأس الإشارة يُستخدم فقط في جانب الإشارة الأقل تقييدًا، وهو "الضوء الأخضر"، لذا لا توجد حالة يُمكن فيها أن يُظهر عطل ما جانبًا واضحًا عن طريق الخطأ.

عندما يتضمن عنصر الإشارة مصباحًا وامضًا، يُستخدم هذا المصباح دائمًا مع الإشارات الأقل تقييدًا. وذلك لمنع تعطل مرحل الوميض من ترقية الإشارة عن طريق الخطأ.

تتضمن بعض أنظمة الإشارات خاصية "انطفاء المصباح" أو غيرها من آليات كشف الأعطال، وذلك لمحاولة عرض الجانب الأكثر تقييدًا في حالة حدوث عطل. ومع ذلك، فإن هذه الخاصية ليست مطلوبة ولا يتم اعتمادها عالميًا.

طُوّرت إشارات السيمفور لأول مرة في إنجلترا عام 1841. ^{[ 2 ] : 169} وبدأت بعض خطوط السكك الحديدية الأمريكية بتركيبها في أوائل ستينيات القرن التاسع عشر، وحلّت السيمفور تدريجيًا محل أنواع الإشارات الأخرى. وقدّمت شركة يونيون سويتش آند سيجنال (US&S) تصميمًا كهروبائيًا هوائيًا عام 1881. وكان هذا التصميم أكثر موثوقية من الإصدارات الميكانيكية البحتة السابقة، وبدأت المزيد من خطوط السكك الحديدية باستخدامه. إلا أنه في ذلك الوقت، كانت هذه الإشارات أغلى بكثير من إشارات قرص هول، أو ما يُعرف بـ"البانجو" . ^{[ 2 ] : 171}

مع نهاية القرن التاسع عشر، ولا سيما مع ازدياد طول القطارات وسرعتها، وتزايد ازدحام خطوط السكك الحديدية، اعتُبرت إشارة البانجو تعاني من عيبٍ جوهريٍّ واحد: الرؤية. كان من الصعب رؤية القرص الداخلي في الطقس الضبابي وعندما يتراكم الثلج على اللوحة الزجاجية. شهدت أنواعٌ سابقةٌ من إشارات السيمفور الكهروهوائية، التي صنعتها شركة US&S، استخدامًا محدودًا بحلول عام 1880 كإشاراتٍ آليةٍ للتقاطعات. إلا أن الحاجة إلى الحفاظ على ضغط الهواء في الخطوط الهوائية الطويلة دفعت شركات السكك الحديدية في نهاية المطاف إلى التوقف عن استخدامها على نطاقٍ واسعٍ كإشاراتٍ آليةٍ للتقاطعات. ومع ذلك، فقد خدمت هذه الأنواع لفترةٍ طويلةٍ في محطات التعشيق. كما تميزت إشارات السيمفور المبكرة بمدى محدود مع تشغيلٍ يدويٍّ للأسلاك، وضعفٍ في الموثوقية في الأحوال الجوية السيئة. ^{[ 2 ] : 149، 170-171.} وهكذا، استمرت بعض شركات السكك الحديدية في استخدام إشارات القرص حيثما دعت الحاجة إلى تشغيل إشارات التقاطعات الآلية بين محطات التقاطعات اليدوية، كما هو موضحٌ في كتيبات قواعد تلك الفترة، حتى عشرينيات القرن العشرين وما بعدها.

بحلول أوائل تسعينيات القرن التاسع عشر، بدأت المزيد من خطوط السكك الحديدية بتركيب إشارات السيمفور التي تعمل بمحركات كهربائية، والتي كانت مرئية من مسافات تصل إلى آلاف الأقدام، خلال النهار وفي ظروف جوية سيئة. وفي عام ١٨٩٣، ظهرت إشارة السيمفور الأوتوماتيكية عالية الجهد التي تعمل بمحرك كهربائي. وبحلول عام ١٨٩٨، ظهرت إشارة السيمفور من طراز "ب" التابعة لشركة US&S، وهي أول إشارة سيمفور ناجحة تعمل بمحرك كهربائي بجهد منخفض وآلية مغلقة بالكامل. وقد كانت هذه الإشارة ثورية، إذ تفوقت على جميع تصميمات السيمفور السابقة، وكان آخر نموذج منها قد أُخرج من الخدمة في عام ٢٠٠٩ على خط سيسكيو السابق التابع لشركة SP، والتي تُعرف الآن باسم CORPS.

وفرت إشارات السكك الحديدية الأمريكية الشمالية التي تعمل بمحركات، والمستخدمة منذ ظهور نظام الدوائر الكهربائية للسكك الحديدية عام 1872، شكلاً من أشكال الأتمتة التي سعت إليها شركات السكك الحديدية لتقليل تكاليف العمالة وتحسين الموثوقية مقارنةً بالأنظمة التي تعمل يدويًا كما هو الحال في المملكة المتحدة وألمانيا وغيرها. كانت إشارات "القزم" تُشغل ميكانيكيًا وهوائيًا لإعطاء إشارات تقييدية، كما هو الحال مع إشارات "العمود" عند نقاط التعشيق، ولكن إشارات "القزم" التي تعمل بمحركات أصبحت أكثر شيوعًا بعد تطوير إشارة "النموذج 2A" عام 1908. وبحلول عام 1915، أدى التقدم التكنولوجي الذي حققه عمالقة الفكر مثل إيه إتش رود من شركة بنسلفانيا للسكك الحديدية ومفهومه لإشارات السرعة، بالإضافة إلى تطويره لإشارة ضوء الموقع وإشارات الضوء الملونة المتزامنة باستخدام تركيبة العدسات المزدوجة لويليام تشرشل، إلى جعل إشارات السكك الحديدية الأمريكية قديمة من الناحية التقنية.

استُبدلت إشارات السِمافورة تقريبًا بإشارات ضوئية في أمريكا الشمالية، إلا أنها لا تزال تتضمن عدة عناصر تصميمية مهمة. الغالبية العظمى من إشارات السِمافورة المستخدمة في أمريكا الشمالية، والنوع الوحيد الذي لا يزال قيد الاستخدام حتى عام ٢٠٠٩، هي من النوع ذي المواضع الثلاثة في الربع العلوي. أما إشارات الربع السفلي، فغالبًا ما تحتوي على موضعين، ولكن بثلاث دوائر، اثنتان منها بلون أكثر تحديدًا. عُرف تصميم السِمافورة هذا، ذو الفتحات الثلاث في الربع السفلي بزاوية ٦٠-٧٥ درجة، باسم "منظار الضوء المستمر"، وهو أقدم من منظار لوري-باتينال الحاصل على براءة اختراع عام ١٩٠٢، ذي المواضع الثلاثة في الربع العلوي. كان الهدف من هذا التصميم هو تقليل احتمالية حدوث عطل أو تساقط ثلوج يتسبب في ارتفاع الإشارة جزئيًا فقط نحو الوضع الأفقي، مع الحفاظ على عرض اللون الأكثر تحديدًا للإشارة الليلية. تؤكد الصور الملونة لهذه الإشارات ذلك، حيث استُخدمت إشارات "الأحمر-الأحمر-الأخضر" للخطوط الرئيسية و"الأصفر-الأصفر-الأخضر" للخطوط البعيدة بشكل شائع في إشارات السكك الحديدية ذات الربع السفلي بزاوية 60 و75 درجة (شركة B&M، وسط فيرمونت). لم تُستخدم إشارات ثلاثية الألوان بزاوية 60 أو 75 درجة. وشهدت إشارات الربع السفلي "القياسية" ثلاثية الأوضاع بزاوية 90 درجة استخدامًا محدودًا (استُخدمت آخرها في محطات طرفية في ممفيس، تينيسي ، وسانت لويس، ميسوري ، الولايات المتحدة الأمريكية)، نظرًا لأن إشارات الربع العلوي من نوع لور-باتينال وفرت مدى رؤية أكبر بكثير.

كان الجزء النصلي من إشارة المرور متعدد التصاميم، كل منها يحمل معنى مختلفًا:

• تلك التي لها نهاية مربعة هي إشارات "مطلقة" وتجبر القطارات عمومًا على التوقف عندما تكون في أكثر أوضاعها تقييدًا.
• أما الإشارات ذات النهاية المدببة فهي إشارات "تسمح" وتسمح للقطار بالاستمرار بسرعة أقل بكثير بدلاً من الاضطرار إلى التوقف التام.
• الإشارات الضوئية ذات النهاية "ذيل السمكة" (أي النهاية على شكل حرف V) هي إشارات "بعيدة" تنقل للمهندس ما هو شكل الإشارة التالية (كتحذير مسبق).

غالبًا ما يتطابق لون الإشارة مع الفئات المذكورة أعلاه أيضًا، حيث تحتوي الإشارات المطلقة عادةً على شريط أبيض على نصل أحمر، بينما تحتوي الإشارات الأخرى على شريط أسود (غالبًا ما يكرر شكل نهاية النصل) إما مربع أو بزاوية 60 درجة، وفقًا لمعيار RSA.

أشارت براءة اختراع الدكتور ويليام تشرشل عام 1911 لتركيبة العدسات المزدوجة للمدى البعيد ( 760 مترًا أو 2500 قدم في وضح النهار) في مركز أبحاث شركة كورنينج جلاس في كورنينج، نيويورك ، الولايات المتحدة الأمريكية، ^{[ 3 ]} إلى أن عصر إشارات السمافور في السكك الحديدية كان يقترب من نهايته. وبحلول عام 1916، دفعت هذه التركيبة البصرية وتراجع المبيعات إدارة شركة هول سيجنال إلى إدراك أن آلية السمافور "L" المتطورة، التي طرحتها حديثًا (وآخر آلية أنتجتها أي شركة إشارات أمريكية)، قد عفا عليها الزمن. وكان ويليام تشرشل، من جامعة كورنيل ، قد طور هذا الجهاز ذو العدستين أثناء عمله في شركة كورنينج جلاس ووركس . وكان قد انتهى من تطوير معايير الألوان للأواني الزجاجية المستخدمة في السكك الحديدية، والتي حصلت كورنينج على براءة اختراعها في 10 أكتوبر 1905. وقد استُخدمت هذه المعايير فورًا كإشارات كهربائية قصيرة المدى تعمل بمصابيح متوهجة في وضح النهار وفي الأنفاق. ثم وجه اهتمامه إلى إشارات ضوء النهار متوسطة وبعيدة المدى باستخدام نفس المصابيح الكهربائية المتوهجة مع بصريات محسنة بشكل كبير: تركيبة العدسة المزدوجة. ^{[ 4 ]}  

كان رد هول على هذا الوضع هو شراء براءات الاختراع المسجلة عام 1918 من السيد بليك لإشارة كشاف الضوء الخاصة به. في الواقع، كانت إشارة كشاف الضوء نسخة محدثة ومطورة من إشارة القرص المغلقة القديمة لهول. ما فعله بليك هو تسخير مرحل الشفرات المستقطبة ثلاثي الأوضاع القياسي للسكك الحديدية ، وإضافة نظارة مصغرة وألواح زجاجية دائرية من البايركس والبوروسيليكات منخفضة التمدد ، وربط ذلك بعاكس بيضاوي الشكل عالي الكفاءة ونظام عدسات بصرية بعدسة خارجية متدرجة كبيرة جدًا بقطر 270 مم . وفر هذا التطور الثوري إشارة مرئية على مسافة تزيد عن 1.6 كم من موقع الإشارة في وضح النهار، عندما كانت الإشارة على مسار مستقيم. كانت إشارات الضوء الملونة المبكرة مرئية لنصف هذه المسافة تقريبًا ( 760 مترًا ) مع استهلاك نفس التيار الكهربائي تقريبًا، والذي كان يمثل مصدر قلق كبير آنذاك في " نطاق البطاريات الأولية ". بحلول عام 1925، أدى تطوير "ألوان النقل العالية" للأواني الزجاجية المستخدمة في السكك الحديدية من قبل شركة Gage and Corning Glass إلى تحسين هذه المسافة المحدودة إلى مسافة تنافسية مقبولة تبلغ 3500 قدم (1100 متر) على المسار المماسي.   

في المملكة المتحدة، كانت إشارات البحث الكهروميكانيكية الأصلية تتألف من مصباح متوهج منخفض الطاقة مثبت خلف جهاز إشارة ضوئية بدون شفرة خلف هدف. أما إشارة البحث الضوئية لشركة "يونيون سويتش آند سيجنال"، المنتشرة في أمريكا الشمالية، فكانت مزودة بكابل داخلي ونظام أثقال لضبط الإشارة ميكانيكيًا في الوضع الأحمر في حال حدوث عطل في النظام.

انتشر استخدام إشارات الكشاف الضوئي على نطاق واسع، ويعود ذلك في الغالب إلى سهولة صيانتها، ووضوحها العالي، واستهلاكها المنخفض للطاقة، بالإضافة إلى استخدامها بعد عام 1932 عدسة مركبة مع مصباح 4 واط 3 فولت، والذي كان يعمل بكفاءة عالية في المناطق التي تعتمد على أنظمة الإشارات التي تعمل بالبطاريات. ومن الأمور المهمة أيضًا أن العدسة الواحدة كانت توفر الإشارات في أنظمة الإشارات المتشابكة متعددة الرؤوس في موقع ثابت بالنسبة للصاري ورؤوس الإشارات الأخرى، وهو ما لم يكن متوفرًا في إشارات الضوء الملون متعددة العدسات. ومع مرور الوقت، بدأت تكاليف إشارات الكشاف الضوئي، التي كانت أغلى بكثير، تفوق وفورات حجمها الصغير ومصباحها الواحد، مقارنةً بإشارات الضوء الملون متعددة العدسات. وبحلول نهاية ثمانينيات القرن العشرين، فقد الكشاف الضوئي مكانته كأكثر أنواع الإشارات شيوعًا في أمريكا الشمالية.

للتغلب على مشاكل الأجزاء المتحركة، طُوّرت إشارات جديدة أحادية العدسة تعمل بتقنية الحالة الصلبة. أول منتج من هذا النوع، والذي سوّقته شركة Safetran عام 1968 تحت اسم "Unilens" ، يستخدم الألياف البصرية لتركيز ضوء ما يصل إلى أربعة مصادر ضوئية خلف عدسة واحدة. مع ذلك، باستثناء الإشارات منخفضة السرعة التي تتطلب مدى رؤية قصيرًا، لم تحقق هذه الإشارات نجاحًا كاملًا، ويجري الآن سحب معظمها من الخدمة على الخطوط الرئيسية بعد عمر تشغيلي قصير نسبيًا. تتميز هذه الإشارات بقدرتها على أداء أربعة جوانب، حيث تحتوي معظم النماذج على وحدتي إضاءة حمراء في آن واحد لتوفير مدى رؤية أوسع من ذلك الذي توفره وحدة إضاءة واحدة.

تتكون إشارات الضوء الملونة المرتبة بشكل مثلث من مجموعة من ثلاث قواعد مصابيح ملونة في منتصف هدف دائري كبير. كانت هذه الإشارات من أوائل أنواع إشارات الضوء الملونة عالية الكثافة التي استخدمت على نطاق واسع، وقد اعتمدتها بشكل خاص خطوط سكك حديد نيويورك المركزية وسيبورد كوست لاين، ثم استخدمتها لاحقًا شركة كونريل وهيئة النقل في نيوجيرسي حصريًا . ^{[ 5 ]}

كان تصميم إشارات السكك الحديدية العامة (GRS) الأصلي من النوع "G" يتألف من صندوق من الحديد الزهر يحتوي على ثلاث وحدات عدسات مزدوجة مرتبة بشكل مثلث. أما طرازات US&S "TR" و"TP" فكانت تستخدم ثلاث وحدات أصغر متصلة بمصباح واحد مع خلفية مشتركة. وكانت شركة شيكاغو للإشارات، التي أُغلقت منذ زمن طويل، قد أنتجت نسخة تستخدم عدسات مصابيح مفاتيح قياسية بقياس 5 + 3/8 بوصة ( 140 مم) (غالبًا من صنع شركة ماكبيث) بدلاً من العدسات المحدبة المعكوسة والمتدرجة القياسية الموجودة في تصميم العدسات المزدوجة الداخلية القياسي. وتم تحديث نسخة يونيون لاحقًا إلى وحدة واحدة مشابهة لطراز GRS. ومع انتشار إشارات الضوء الملونة المعيارية، أصبحت التكوينات من نوع الهدف تُقدم عادةً جنبًا إلى جنب مع التكوينات الرأسية. وكانت إشارة الضوء الملونة المثلثة مفيدة بشكل خاص في المناطق الضيقة والمحدودة. ^{[ 5 ]} 

تُعدّ إشارات الضوء الملونة العمودية ثاني أكثر أنماط إشارات الضوء الملونة شيوعًا، وهي اليوم الشكل الأكثر استخدامًا في أمريكا الشمالية، حيث حلت محلّ كشافات الإضاءة. لا تختلف هذه الإشارات عن إشارات الضوء الملونة المثلثة في وظيفتها، ولكنها تختلف عنها في المظهر المرئي.

أدت المشاكل المستمرة المتعلقة بمصادر الضوء الموثوقة بعيدة المدى، والناتجة عن عدسة ملونة واحدة ومصباح مركّز، إلى تقييد الاستخدام الأولي لإشارات الضوء الملونة في التطبيقات الخارجية النهارية قصيرة المدى، أو في الأنفاق وغيرها من المجمعات تحت الأرض أو ذات السرعة المنخفضة. وكان مشروع محطة بنسلفانيا في نيويورك عام 1911 مثالاً على هذا النوع من إشارات الضوء الملونة، حيث استخدم عدسة بصرية خارجية ملونة بقطر 210 ملم ( 8 + 3/8 بوصة ) ، ولا يزال بعضها قيد الاستخدام حتى عام 2011. 

أتاح تطوير العدسة المزدوجة بواسطة تشرشل في شركة كورنينج جلاس ووركس استخدام مصدر إضاءة كهربائي أكثر فعالية من تصميمات إشارات الضوء الملونة النهارية السابقة. يوجد نوعان رئيسيان من الهياكل: الهيكل الأحادي، حيث يحتوي على مصباحين أو أكثر داخل غلاف مصبوب واحد، والهيكل المعياري، حيث يمثل كل مصباح وحدة مستقلة قابلة للترتيب في إشارة ذات تكوين عشوائي، بما في ذلك الشكل المثلثي. تُقدم شركة US&S نوعًا شائعًا من الهياكل الأحادية بنماذجها R/R-2 وP-2/5 وN، بينما قدمت شركة GRS النوع G بترتيب مثلثي، وقدمت شركة شيكاغو سيجنال نسخة مشابهة. أما إشارة Safetrans المثلثية الحالية فهي نسخة من النوع G لشركة GRS ولكن بأبواب مزدوجة مرتبة رأسيًا.

يمكن أيضًا تركيب إشارات مثل طراز N/N-2 مباشرةً على الأرض كإشارة قزمة بدون دعامة. وكانت شركة تشيسابيك وأوهايو أبرز مستخدمي هذا النوع من الإشارات ، ولكن يمكن العثور على وحدات مماثلة على خطوط السكك الحديدية في جميع أنحاء القارة.

بمرور الوقت، وبفضل تكلفتها المنخفضة وتعدد استخداماتها، أصبحت إشارات الضوء الملونة المعيارية هي السائدة في أمريكا الشمالية. كان أول نظام معياري هو نظام GRS من النوع "D"، الذي طُرح في الأسواق لأول مرة عام 1922، واعتمدته شركة سكك حديد الجنوب إلى جانب العديد من الشركات الأخرى، مثل D&RG. استخدمت وحدات GRS خلفية أصغر من تلك المستخدمة في نظام US&S العمودي المماثل، مما قد يؤثر سلبًا على الرؤية بعيدة المدى. اليوم، يُعد التصميم المعياري الذي تُصنّعه شركة Safetran هو النوع الأكثر شيوعًا من الإشارات الجديدة في أمريكا الشمالية، نظرًا لانخفاض تكلفته، حيث تقوم جميع شركات السكك الحديدية الأربع الكبرى من الفئة الأولى بتركيبه بشكل شبه حصري. تُسوّق كل من GRS وSafetran حاليًا أنظمة معيارية منفصلة للإشارات العالية والقزمة، بينما تستخدم US&S التصميم المعياري الأحادي من النوع "R-2" للإشارات العالية والنوع "N-2" للإشارات القزمة.

تتيح مصابيح الإضاءة الملونة المعيارية جميع مزايا توفير التكاليف المرتبطة بمصابيح الإضاءة الملونة، كما تُسهّل على شركات السكك الحديدية تخزين الإشارات وإجراء التعديلات على أنظمة التعشيق. فبدلاً من طلب رؤوس مخصصة، يمكن استخدام وحدات جديدة من المخزون لبناء إشارات جديدة أو تعديل الرؤوس الموجودة. وبفضل دعامات بسيطة، يمكن حتى بناء مصابيح إضاءة ملونة مثلثة الشكل باستخدام هذه المكونات القياسية.

غالبًا ما تُزود إشارات الضوء الملونة المعيارية بغطاء واقٍ من الشمس بطول كامل، يُطلق عليه موظفو السكك الحديدية وهواة القطارات اسم "أغطية فيدر" نظرًا لتشابهه مع دارث فيدر في سلسلة أفلام حرب النجوم . تُحسّن هذه الأغطية الممتدة الرؤية في ظروف الشمس الساطعة، وتحجب الضوء من مصادر أخرى قد تُضلل سائق القطار. كما تُوفر هذه الأغطية ميزة إضافية غير مقصودة، وهي تركيز الضوء ليكون أكثر وضوحًا من مسافة بعيدة. وقد اعتمدت خطوط سكك حديد يونيون باسيفيك ودنفر ريو غراند وويسترن هذا الغطاء في الأصل لمنع تراكم الثلج عليه من حجب عدسة الإشارة.

تستخدم إشارات تحديد المواقع الضوئية صفوفًا من المصابيح بقطر 140 مم (5 + 3/8 بوصة ) لمحاكاة مواقع شفرة إشارة السمافور العلوية. طُوّرت هذه الإشارات الضوئية على يد إيه إتش رود، مشرف الإشارات في سكة حديد بنسلفانيا (PRR). ودخلت الخدمة عام 1915 كبديل لإشارات السمافور على الخط الرئيسي بين باولي وفيلادلفيا ، وذلك لتقليل الصيانة المطلوبة لإشارات السمافور، بالإضافة إلى حل مشاكل الرؤية الناتجة عن مشروع كهربة الخطوط العلوية الجديد. استخدم النظام الأصلي صفوفًا من أربعة مصابيح، ثم جرى تقليصها لاحقًا إلى صفوف من ثلاثة مصابيح تحيط بمركز مشترك. وقد قلل هذا من تأثير "الشراع" الناتج عن الخلفية الكبيرة جدًا ذات الشكل الشبيه بشاهد القبر في نظام المصابيح الأربعة. استخدم التركيب الأصلي مصابيح موضوعة أمام دعامة من الصفيح الأسود القائم بذاته، ولكن بعد ذلك بوقت قصير، تم تركيب الخلفية الدائرية الجديدة على الجهاز الذي تم تقليله آنذاك بثلاثة مصابيح لكل صف، وعلى الدعامة مباشرة على إطار يشار إليه باسم "العنكبوت". ^{[ 6 ]} 

تُجهّز كل وحدة إضاءة موضعية بمصباح 12 فولت بقوة 6 شمعات ، مُثبّت أمام مرآة مكافئة تُزيد من شدة إضاءة المصباح الضعيف نسبيًا. ولتجنب المؤشرات الوهمية، يستخدم التصميم عدسة توريك مقلوبة خاصة (أي عدسة فريسنل شفافة واحدة مُثبّتة بحيث تكون جوانبها المتدرجة للخارج) مع طلاء جزء من درجات العدسة باللون الأسود. وقد تم اختيار زجاج مخروطي ذي لون أصفر فاتح وطرف مُثلّج، حيث تبيّن أن هذا اللون يتمتع بأعلى مستوى من الوضوح في الضباب بناءً على دراسات تجريبية أُجريت في شركة كورنينج آنذاك. ^{[ 7 ]}

يتكون ضوء الوضع العالي القياسي من رأسين؛ يمكن أن يبقى الرأس السفلي مظلمًا إلا عند الحاجة. بالإضافة إلى إشارات ضوء الوضع العالي، طورت شركة بنسلفانيا للسكك الحديدية (PRR) ضوء وضع قزم، وكما هو الحال في العديد من خطوط السكك الحديدية، تُعرف هذه الإشارات القزمة أيضًا باسم "الوعاء"، وهو تقليد موروث من إشارات الوعاء الدوارة التي تعود إلى القرن التاسع عشر. تستطيع أربعة مصابيح بيضاء عادية عرض أربعة أوضاع للسرعة المنخفضة، كل منها بمصباحين. في عام 1930، حفزت المساحات الضيقة في مجمع محطة ضواحي فيلادلفيا تطوير إشارة الوضع من نوع الركيزة، والتي تتكون من إشارات قزمة ثنائية الوضع في قاعدة مصبوبة مشتركة. ^{[ 7 ]}

استُخدمت أضواء تحديد المواقع من نوع PRR في جميع أنحاء شبكة PRR الواسعة، بالإضافة إلى خط سكة حديد لونغ آيلاند (LIRR)، التابع لـ PRR، وخط سكة حديد نورفولك وويسترن ، الذي كانت PRR تمتلك ثلثه. وكانت شركة US&S المورد الوحيد لمعدات أضواء تحديد المواقع الكلاسيكية، حيث كان مصنع هذه الشركة المصنعة يقع سابقًا على الخط الرئيسي ذي المسارات الأربعة لـ PRR في سويسفيل، بنسلفانيا ، الولايات المتحدة. ^{[ 7 ]}

في عام ١٩٥٤، أجرت شركة بنسلفانيا للسكك الحديدية (PRR) تجربةً بتركيب عدسات حمراء في الوضع الأفقي للرأس العلوي لزيادة وضوح إشارات التوقف المطلقة عند نقطة تعشيق أوفربروك. ^{[ ٨ ]} في عهد شركة بن سنترال، ولاحقًا شركة كونريل، أصبح من الممارسات الشائعة إضافة هذه العدسات الحمراء إلى أضواء الوضع العالي، وحتى بعض إشارات القاعدة. عدّلت شركة نورفولك وويسترن إشاراتها لاستخدام عدسات حمراء وخضراء في وضعي التوقف والتحرك العلويين، وعدسات صفراء في باقي المواضع. في ثمانينيات القرن العشرين، عدّلت شركة أمتراك معظم أضواء الوضع التابعة لشركة بنسلفانيا للسكك الحديدية سابقًا لاستخدام ألوان إضاءة مكافئة في جميع مواضع الرأسين. تُعرف هذه الأضواء داخليًا باسم أضواء الوضع اللونية ، ويجب عدم الخلط بينها وبين أضواء الوضع اللونية الموصوفة أدناه، والتي على الرغم من تشابهها الوظيفي، إلا أنها تختلف عنها هيكليًا بشكل كبير. ^{[ ٧ ]}

استمر تركيب أضواء تحديد المواقع الجديدة من نوع PRR حتى ثمانينيات القرن الماضي على أنظمة Conrail السابقة . واليوم، يجري استبدال معظم أضواء تحديد المواقع القديمة من نوع PRR تدريجيًا بأضواء ملونة حديثة، لكن شركات Amtrak وSEPTA وLIRR لا تزال تُركّب أضواء تحديد مواقع جديدة (أضواء Amtrak ملونة). لم تعد شركة US&S تُصنّع معدات أضواء تحديد المواقع، لكن لا تزال الطرازات المُحدّثة من شركة Safetran متوفرة. ^{[ 7 ]}

طُوِّر نظام إشارات تحديد المواقع الضوئية الملونة (CPL) على يد فرانك باتينال، مشرف الإشارات في سكة حديد بالتيمور وأوهايو (B&O)، حوالي عام 1918. كما طوّر نظامًا خاصًا به لتحديد جوانب الإشارات ليحل محل نظام الإشارات القياسي السابق AH Rudd، ARA (المستند إلى نظام PRR) الذي كان قيد الاستخدام آنذاك. تميز نظام CPL بكونه تصميمًا أصليًا من حيث المفهوم، وليس مجرد تحديث لنظام قائم. يتضمن نظام CPL عدة مبادئ تصميم فريدة من نوعها في أنظمة الإشارات في أمريكا الشمالية. ويُعد استخدام اللون الأحمر فقط في حالة التوقف التام أو تقييد السرعة السمة الأبرز. أما التركيبات القياسية الإحدى عشرة الأخرى فلا تُظهر اللون الأحمر. ^{[ 9 ]}

يتكون نظام CPL من هدف مركزي مزود بما يصل إلى أربعة أزواج من وحدات العدسات المزدوجة حول محيط القرص الخلفي. تتباعد وحدات العدسات بزاوية 45 درجة، مستخدمةً الألوان التالية: الأخضر |، والأصفر /، والأحمر —، بالإضافة إلى اللون الأبيض القمري \الذي يُستخدم أيضًا في بعض التركيبات لتحديد المناطق المحظورة. يحيط بالهدف الرئيسي ما يصل إلى ست علامات عند الساعة 12:00، و2:30، و4:30، و6:00، و8:30، و10:30. تتمثل وظيفة الهدف الرئيسي في توفير معلومات عن إشغال القطاعات، حيث يشير اللون الأخضر إلى قطاعين أو أكثر خاليين، والأصفر إلى قطاع واحد خالي، بينما يشير اللون الأحمر/الأبيض القمري إلى منطقة محظورة، مما يعني أنه يُسمح لسائق القطار بدخول قطاع مشغول. توفر مصابيح التحديد الفردية معلومات عن السرعة، حيث تشير الساعة 12 إلى السرعة العادية، والساعة 6 إلى السرعة المتوسطة (سرعة محدودة في حالة الوميض)، والساعة 10 إلى السرعة العادية إلى المتوسطة (سرعة محدودة في حالة الوميض)، والساعة 2 إلى السرعة العادية إلى البطيئة، والساعة 8 إلى السرعة المتوسطة، والساعة 4 إلى السرعة المتوسطة إلى البطيئة، وعدم إضاءة أي من المصابيح يشير إلى السرعة البطيئة إلى البطيئة. ^{[ 9 ]}

تم نشر هذا النوع من إشارات التحكم في القطارات (CPL) لأول مرة على خط سكة حديد جزيرة ستاتن (التابع لشركة بالتيمور وأوهايو) في عشرينيات القرن الماضي، ثم تم نشره على مستوى الشبكة بأكملها بعد ذلك بفترة وجيزة. لاحقًا، تم تزويد أجزاء من خط سكة حديد شيكاغو وألتون بإشارات CPL عندما سيطرت شركة بالتيمور وأوهايو على ذلك الخط. في ثمانينيات القرن الماضي، قامت كل من محطة شيكاغو يونيون التابعة لشركة أمتراك ومحطة شيكاغو نورث وسترن التابعة لشركة ميترا بتركيب إشارات CPL صغيرة الحجم لاستبدال الإشارات القديمة في هاتين المحطتين. ^{[ 9 ]}

اعتبارًا من عام 2008وكما هو الحال مع جميع خطوط السكك الحديدية الأمريكية، تقوم شركة CSX باستبدال جميع إشارات CPL المتبقية على شبكتها تدريجيًا بإشارات LED عمودية ملونة حديثة. كما تم استبدال الإشارات على خط سكة حديد ألتون القديم بالكامل تقريبًا، وكذلك العديد من إشارات CPL الصغيرة في محطتي شيكاغو . الاستثناء الوحيد هو خط سكة حديد جزيرة ستاتن، الذي قام مؤخرًا بتحديث نظام الإشارات الخاص به باستخدام إشارات CPL جديدة مزودة بمعدات Safetran الحديثة لإضاءة المواقع. ^{[ 9 ]}

غالباً ما يشار إلى الإشارات البعيدة باسم إشارات الاقتراب ، حيث أن كتلة الإشارة قبل نظام التعشيق تُعرف باسم كتلة الاقتراب.

في أعقاب حادث تصادم القطارات في ماريلاند عام 1996 ، عدّلت إدارة السكك الحديدية الفيدرالية لوائحها الخاصة بتشغيل القطارات بنظام الدفع والسحب لمنع سائقي القطارات من نسيان اقترابهم من إشارة التوقف بعد التوقف في المحطة. وينص "قانون التأخير في الإشارة" الناتج على ضرورة وضع علامة "D" على جميع الإشارات البعيدة، الواقعة في المناطق التي تعمل فيها القطارات بنظام الدفع والسحب في غياب إشارات الكابينة . تهدف هذه العلامة إلى تذكير السائقين بأنهم ملزمون بحد أقصى للسرعة يبلغ 64 كم/ ساعة (40 ميلاً في الساعة) ، وعليهم الاقتراب من إشارة التعشيق وهم مستعدون للتوقف، كلما توقف القطار في المحطة أو انخفضت سرعته عن 16 كم/ ساعة (10 أميال في الساعة) في منطقة الاقتراب. وتظل هذه القيود سارية حتى تصبح إشارة التعشيق مرئية بوضوح وتعرض إشارة "المتابعة". ^{[ 17 ]}