إشارات السكك الحديدية

تحتوي هذه المقالة على العديد من المشكلات. يُرجى المساعدة في تحسينها أو مناقشة هذه المشكلات على صفحة المناقشة . ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسائل ) تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . Relevant discussion may be found on the talk page. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. Find sources: "Railway signalling" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (September 2019) (Learn how and when to remove this message) This article includes a list of general references, but it lacks sufficient corresponding inline citations. Please help to improve this article by introducing more precise citations. (April 2009) (Learn how and when to remove this message) (Learn how and when to remove this message)

إشارات السكك الحديدية ( BE )، أو إشارات السكك الحديدية ( AE )، هو نظام يستخدم للتحكم في حركة السكك الحديدية . تتحرك القطارات على قضبان ثابتة ، مما يجعلها عرضة بشكل فريد للتصادم . تتفاقم هذه القابلية للتصادم بسبب الوزن الهائل وقصور القطار الذاتي، مما يجعل من الصعب التوقف بسرعة عند مواجهة عقبة. في المملكة المتحدة ، قدم قانون تنظيم السكك الحديدية لعام 1889 سلسلة من المتطلبات بشأن أمور مثل تنفيذ إشارات الكتل المتشابكة وتدابير السلامة الأخرى كنتيجة مباشرة لكارثة سكة حديد أرماغ في ذلك العام.

تتضمن معظم أشكال التحكم في القطارات نقل سلطة الحركة من المسؤولين عن كل قسم من شبكة السكك الحديدية (على سبيل المثال عامل الإشارة أو رئيس المحطة ) إلى طاقم القطار. تحدد مجموعة القواعد والمعدات المادية المستخدمة لإنجاز هذا ما يُعرف بطريقة العمل (المملكة المتحدة)، أو طريقة التشغيل (الولايات المتحدة) أو العمل الآمن (أستراليا). لا تتطلب كل هذه الطرق استخدام إشارات مادية ، وبعض الأنظمة خاصة بالسكك الحديدية ذات المسار الواحد .

كانت عربات السكك الحديدية الأولى تُجر بواسطة الخيول أو البغال. وكان هناك رجل يحمل العلم على ظهر حصان يسبق بعض القطارات المبكرة. وكانت الإشارات اليدوية والذراعية تُستخدم لتوجيه "سائقي القطارات". وفي وقت لاحق، أدت الظروف الضبابية وضعف الرؤية إلى ظهور الأعلام والفوانيس. ويعود تاريخ الإشارات على جانب الطريق إلى عام 1832، وكانت تستخدم أعلامًا مرتفعة أو كرات يمكن رؤيتها من بعيد.

أبسط أشكال التشغيل، على الأقل من حيث المعدات، هو تشغيل النظام وفقًا لجدول زمني. كل طاقم قطار يفهم ويلتزم بجدول زمني ثابت. لا يجوز للقطارات أن تسير إلا على كل قسم من المسار في وقت محدد، وخلال هذا الوقت تكون لها "ملكية" ولا يجوز لأي قطار آخر استخدام نفس القسم.

عندما تسير القطارات في اتجاهين متعاكسين على خط سكة حديد أحادي المسار، يتم تحديد نقاط الالتقاء، حيث يجب على كل قطار انتظار الآخر في مكان المرور. ولا يُسمح لأي قطار بالتحرك قبل وصول الآخر. في الولايات المتحدة، يشير عرض علمين أخضرين (أضواء خضراء في الليل) إلى أن قطارًا آخر يتبع الأول ويجب على القطار المنتظر انتظار مرور القطار التالي. بالإضافة إلى ذلك، يطلق القطار الذي يحمل الأعلام ثماني صفارات عند اقترابه. يجب على القطار المنتظر أن يرد بثماني صفارات قبل أن يتمكن القطار الذي يحمل العلم من المضي قدمًا.

إن نظام الجدول الزمني له عدة عيوب. أولاً، لا يوجد تأكيد إيجابي على أن المسار أمامك خالٍ، بل فقط أنه من المقرر أن يكون خاليًا. لا يأخذ النظام في الاعتبار أعطال المحرك وغيرها من المشاكل المماثلة، ولكن الجدول الزمني مُعدّ بحيث يكون هناك وقت كافٍ بين القطارات لطاقم القطار الفاشل أو المتأخر للسير لمسافة كافية لوضع أعلام التحذير والمصابيح والمفجرات أو الطوربيدات ( مصطلحات المملكة المتحدة والولايات المتحدة على التوالي) لتنبيه أي طاقم قطار آخر.

وتتمثل المشكلة الثانية في عدم مرونة النظام. فلا يمكن إضافة قطارات أو تأخيرها أو إعادة جدولتها دون إشعار مسبق.

إن المشكلة الثالثة هي نتيجة مباشرة للمشكلة الثانية: إن النظام غير فعال. ولتوفير المرونة، يتعين على الجدول الزمني أن يمنح القطارات تخصيصاً واسعاً من الوقت للسماح بالتأخير، حتى لا يظل الخط في حيازة كل قطار لفترة أطول مما هو ضروري.

ومع ذلك، يسمح هذا النظام بالعمل على نطاق واسع، دون الحاجة إلى أي نوع من الاتصالات التي تنتقل بسرعة أكبر من القطار. كان تشغيل الجدول الزمني هو الوضع الطبيعي للعمل في أمريكا الشمالية في الأيام الأولى للسكك الحديدية.

مع ظهور التلغراف في عام 1841، أصبح من الممكن استخدام نظام أكثر تطورًا لأنه وفر وسيلة يمكن من خلالها إرسال الرسائل قبل القطارات. يسمح التلغراف بنشر أي تغييرات في الجدول الزمني، والمعروفة باسم أوامر القطارات . تسمح هذه بإلغاء وإعادة جدولة وإضافة خدمات القطارات.

كانت الممارسة المتبعة في أمريكا الشمالية تعني أن أطقم القطارات كانوا يتلقون أوامرهم في المحطة التالية التي يتوقفون عندها، أو كانوا يسلمونها في بعض الأحيان إلى قاطرة "في وضع التشغيل" عبر عصا طويلة. وكانت أوامر القطارات تسمح للموجهين بإعداد المواعيد في المسارات الفرعية، وإجبار القطار على الانتظار في مسار فرعي حتى يمر قطار ذو أولوية، والحفاظ على مسافة كتلة واحدة على الأقل بين القطارات التي تسير في نفس الاتجاه.

كان استخدام جدول المواعيد وأوامر القطارات شائعًا في السكك الحديدية الأمريكية حتى ستينيات القرن العشرين، بما في ذلك بعض العمليات الضخمة مثل Wabash Railroad و Nickel Plate Road . تم استخدام التحكم في حركة أوامر القطارات في كندا حتى أواخر الثمانينيات على سكة حديد Algoma Central وبعض فروع السكك الحديدية الكندية Pacific Railway.

لم يكن الجدول الزمني وترتيب القطارات مستخدمين على نطاق واسع خارج أمريكا الشمالية، وتم التخلص التدريجي منه لصالح الإرسال اللاسلكي على العديد من الخطوط ذات الحركة المرورية الخفيفة والإشارات الإلكترونية على الخطوط ذات الحركة المرورية الكثيفة. فيما يلي مزيد من التفاصيل حول أساليب التشغيل في أمريكا الشمالية.

كانت هناك طريقة مماثلة، تُعرف باسم "نظام التلغراف والعبور"، تُستخدم في بعض الخطوط المفردة المزدحمة في المملكة المتحدة خلال القرن التاسع عشر. ومع ذلك، نتجت سلسلة من الاصطدامات المباشرة عن إعطاء تفويض خاطئ أو سوء فهم من جانب طاقم القطار - وكان أسوأها الاصطدام بين نورويتش وبرويندال، نورفولك، في عام 1874. ونتيجة لذلك، تم التخلص التدريجي من النظام لصالح أنظمة الرموز . وقد أدى هذا إلى القضاء على خطر إعطاء تعليمات غامضة أو متضاربة لأن أنظمة الرموز تعتمد على الأشياء لإعطاء التفويض، بدلاً من التعليمات الشفهية أو المكتوبة؛ في حين أنه من الصعب جدًا منع إصدار أوامر متضاربة تمامًا، فمن السهل نسبيًا منع توزيع الرموز المتضاربة.

لا يمكن للقطارات أن تتصادم مع بعضها البعض إذا لم يُسمح لها باحتلال نفس الجزء من المسار في نفس الوقت، لذلك يتم تقسيم خطوط السكك الحديدية إلى أقسام تُعرف بالكتل . في الظروف العادية، يُسمح لقطار واحد فقط في كل كتلة في كل مرة. يشكل هذا المبدأ أساس معظم أنظمة سلامة السكك الحديدية. يمكن أن تكون الكتل إما ثابتة (حدود الكتل ثابتة على طول الخط) أو كتل متحركة (نهايات الكتل محددة بالنسبة للقطارات المتحركة). ^[1]

في خطوط السكك الحديدية ذات المسارين، والتي مكنت القطارات من السفر في اتجاه واحد على كل مسار، كان من الضروري وضع مسافة كافية بين القطارات لضمان عدم اصطدامها. في الأيام الأولى للسكك الحديدية، كان يتم توظيف الرجال (الذين كانوا يُطلق عليهم في الأصل "رجال الشرطة"، وهو أصل الإشارة في المملكة المتحدة التي يُشار إليها باسم "بوب" أو "بوبي" أو "ضابط"، عندما يتحدث إليهم طاقم القطار عبر هاتف الإشارة) للوقوف على فترات ("كتل") على طول الخط مع ساعة إيقاف واستخدام إشارات اليد لإبلاغ سائقي القطارات بأن القطار قد مر قبل أكثر أو أقل من عدد معين من الدقائق. كان هذا يسمى "العمل بفاصل زمني". إذا مر قطار مؤخرًا جدًا، كان من المتوقع أن يتباطأ القطار التالي للسماح بمساحة أكبر للتطور.

لم يكن لدى الحراس أي وسيلة لمعرفة ما إذا كان القطار قد تجاوز الخط الذي أمامه، لذلك إذا توقف قطار سابق لأي سبب، فلن يكون لدى طاقم القطار التالي أي وسيلة لمعرفة ذلك إلا إذا كان مرئيًا بوضوح. ونتيجة لذلك، كانت الحوادث شائعة في الأيام الأولى للسكك الحديدية. مع اختراع التلغراف الكهربائي ، أصبح من الممكن للموظفين في المحطة أو صندوق الإشارات إرسال رسالة (عادةً عدد محدد من الرنينات على الجرس ) للتأكيد على مرور القطار وإخلاء كتلة معينة. وقد أطلق على هذا " نظام الكتلة المطلقة ".

بدأت الإشارات الميكانيكية الثابتة تحل محل الإشارات اليدوية منذ ثلاثينيات القرن التاسع عشر. كانت هذه الإشارات تعمل محليًا في الأصل، ولكن فيما بعد أصبح من الممارسات الطبيعية تشغيل جميع الإشارات في منطقة معينة باستخدام رافعات مجمعة معًا في صندوق إشارات. عندما يمر قطار عبر منطقة، يقوم عامل الإشارة بحماية تلك المنطقة من خلال ضبط إشارته على "خطر". عندما يتم تلقي رسالة "كل شيء على ما يرام"، يقوم عامل الإشارة بتحريك الإشارة إلى وضع "السلامة".

بدأ استخدام نظام الكتل المطلقة تدريجيًا خلال خمسينيات وستينيات القرن التاسع عشر وأصبح إلزاميًا في المملكة المتحدة بعد أن أقر البرلمان تشريعًا في عام 1889 في أعقاب عدد من الحوادث، وأبرزها كارثة سكة حديد أرماغ . وقد تطلب هذا الأمر إشارات كتلية لجميع السكك الحديدية للركاب، جنبًا إلى جنب مع التشابك ، وكلاهما يشكل أساس ممارسة الإشارات الحديثة اليوم. وقد أقرت الولايات المتحدة تشريعًا مماثلاً في نفس الوقت تقريبًا.

لا يتم التحكم في جميع الكتل باستخدام إشارات ثابتة. في بعض خطوط السكك الحديدية ذات المسار الواحد في المملكة المتحدة، وخاصة تلك التي تستخدم بشكل منخفض، من الشائع استخدام أنظمة الرموز التي تعتمد على امتلاك سائق القطار لرمز فريد كسلطة لشغل الخط، عادةً بالإضافة إلى الإشارات الثابتة.

قبل السماح للقطار بالدخول إلى أحد الأقسام، يجب على عامل الإشارة التأكد من أن القسم غير مشغول بالفعل. وعندما يغادر القطار القسم، يجب عليه إبلاغ عامل الإشارة الذي يتحكم في دخول القسم. وحتى إذا تلقى عامل الإشارة إشعارًا بأن القطار السابق قد غادر القسم، فإنه عادة ما يكون ملزمًا بطلب الإذن من كابينة الإشارة التالية للسماح للقطار التالي بالدخول. وعندما يصل القطار إلى نهاية قسم القسم، قبل أن يرسل عامل الإشارة الرسالة بأن القطار قد وصل، يجب أن يكون قادرًا على رؤية علامة نهاية القطار على ظهر آخر مركبة. وهذا يضمن عدم انفصال أي جزء من القطار وبقائه داخل القسم. وقد تكون علامة نهاية القطار عبارة عن قرص ملون (أحمر عادةً) أثناء النهار أو مصباح زيتي أو كهربائي ملون (أحمر مرة أخرى). وإذا دخل القطار القسم التالي قبل أن يرى عامل الإشارة أن القرص أو المصباح مفقود، فإنه يطلب من كابينة الإشارة التالية إيقاف القطار والتحقيق.

في ظل نظام الحظر المسموح به، يُسمح للقطارات بعبور إشارات تشير إلى أن الخط الذي أمامها مشغول، ولكن فقط بالسرعة التي تسمح لها بالتوقف بأمان في حالة ظهور عائق. يسمح هذا النظام بتحسين الكفاءة في بعض المواقف ويُستخدم في الغالب في الولايات المتحدة. وفي معظم البلدان يقتصر هذا النظام على قطارات الشحن فقط، وقد يتم تقييده اعتمادًا على مستوى الرؤية.

يمكن أيضًا استخدام العمل بالكتلة المسموح بها في حالات الطوارئ، سواء عندما يكون السائق غير قادر على الاتصال برجل الإشارة بعد احتجازه عند إشارة الخطر لفترة زمنية محددة، على الرغم من أن هذا مسموح به فقط عندما لا تحمي الإشارة أي تحركات متضاربة، وأيضًا عندما يكون رجل الإشارة غير قادر على الاتصال بصندوق الإشارة التالي للتأكد من مرور القطار السابق، على سبيل المثال إذا كانت أسلاك التلغراف معطلة. في هذه الحالات، يجب أن تستمر القطارات بسرعة منخفضة جدًا (عادةً 32 كم / ساعة (20 ميلاً في الساعة) أو أقل) حتى تتمكن من التوقف قبل أي عائق. في معظم الحالات، لا يُسمح بذلك أثناء أوقات ضعف الرؤية (مثل الضباب أو تساقط الثلوج).

حتى مع نظام الحظر المطلق، قد تدخل قطارات متعددة إلى كتلة واحدة بإذن. وقد يكون هذا ضروريًا لتقسيم القطارات أو ربطها معًا، أو لإنقاذ القطارات المعطلة. عند إعطاء الإذن، يضمن عامل الإشارة أيضًا أن السائق يعرف بدقة ما يتوقعه في المستقبل. يجب على السائق تشغيل القطار بطريقة آمنة مع مراعاة هذه المعلومات. بشكل عام، تظل الإشارة في خطر، ويُمنح السائق سلطة شفهية، عادةً عن طريق علم أصفر، لتمرير إشارة في حالة الخطر، ويتم شرح وجود القطار في المقدمة. عندما تدخل القطارات بانتظام كتلًا مشغولة، مثل المحطات التي يتم فيها الاقتران، يتم توفير إشارة فرعية، تُعرف أحيانًا باسم إشارة "الاتصال"، لهذه الحركات، وإلا يتم إنجازها من خلال أوامر القطار.

سمح اختراع أنظمة الكشف عن القطارات مثل دوائر المسار باستبدال أنظمة الحظر اليدوية مثل الحظر المطلق بإشارات الحظر التلقائية. في ظل إشارات الحظر التلقائية، تشير الإشارات إلى ما إذا كان بإمكان القطار دخول كتلة أم لا بناءً على الكشف التلقائي للقطار الذي يشير إلى ما إذا كانت الكتلة خالية أم لا. يمكن أيضًا التحكم في الإشارات بواسطة عامل إشارة، بحيث توفر إشارة متابعة فقط إذا قام عامل الإشارة بضبط الإشارة وفقًا لذلك وكانت الكتلة خالية.

معظم الكتل "ثابتة"، أي أنها تشمل قسم المسار بين نقطتين ثابتتين. في أنظمة الجدول الزمني وترتيب القطارات والأنظمة القائمة على الرموز ، تبدأ الكتل وتنتهي عادةً عند محطات مختارة. في الأنظمة القائمة على الإشارات، تبدأ الكتل وتنتهي عند الإشارات.

تم تصميم أطوال الكتل للسماح للقطارات بالعمل بشكل متكرر حسب الضرورة. قد يكون للخط المستخدم بشكل خفيف كتل يبلغ طولها عدة كيلومترات ، ولكن خط الركاب المزدحم قد يكون له كتل يبلغ طولها بضع مئات من الأمتار.

لا يُسمح للقطار بالدخول إلى الكتلة إلا بعد ظهور إشارة تشير إلى أن القطار يمكنه المضي قدمًا، أو حتى يقوم المرسل أو عامل الإشارات بتوجيه السائق وفقًا لذلك، أو حتى يستحوذ السائق على الرمز المناسب. في معظم الحالات، لا يمكن للقطار الدخول إلى الكتلة إلا بعد خلو الكتلة نفسها من القطارات، بالإضافة إلى وجود قسم فارغ بعد نهاية الكتلة على الأقل لمسافة مطلوبة لإيقاف القطار. في الأنظمة القائمة على الإشارات مع إشارات متقاربة المسافات، يمكن أن يصل هذا التداخل إلى الإشارة التي تلي الإشارة الموجودة في نهاية القسم، مما يفرض فعليًا مسافة بين قطارين من كتلتين.

عند حساب حجم الكتل، وبالتالي المسافة بين الإشارات، يجب أخذ ما يلي في الاعتبار:

• سرعة الخط (السرعة القصوى المسموح بها على طول مقطع الخط)
• سرعة القطار (السرعة القصوى لأنواع مختلفة من حركة المرور)
• التدرج (للتعويض عن مسافات الكبح الأطول أو الأقصر)
• خصائص الكبح للقطارات (أنواع مختلفة من القطارات، على سبيل المثال، قطارات الشحن، قطارات الركاب عالية السرعة، لها أرقام قصور ذاتي مختلفة)
• الرؤية (إلى أي مدى يمكن للسائق رؤية الإشارة)
• زمن رد الفعل (للسائق)

تاريخيًا، كانت بعض الخطوط تعمل بحيث يتم وضع إشارات المرور للقطارات الكبيرة أو عالية السرعة وفقًا لقواعد مختلفة، ويتم منحها حق المرور فقط في حالة خلو كتلتين أمام القطار.

في ظل نظام الكتل المتحركة، تحسب أجهزة الكمبيوتر منطقة آمنة حول كل قطار متحرك لا يُسمح لأي قطار آخر بدخولها. ويعتمد النظام على معرفة الموقع الدقيق وسرعة واتجاه كل قطار، والذي يتم تحديده من خلال مجموعة من أجهزة الاستشعار مثل تحديد الترددات الراديوية على طول المسار، والنطاق العريض للغاية، والرادار، ووحدات القياس بالقصور الذاتي، ومقاييس التسارع، ومقاييس السرعة المحمولة على القطار ( لا يمكن الاعتماد على أنظمة GNSS لأنها لا تعمل في الأنفاق). تتطلب إعدادات الكتل المتحركة تمرير التعليمات مباشرة إلى القطار بدلاً من استخدام إشارات على جانب الخط. وهذا له ميزة زيادة سعة المسار من خلال السماح للقطارات بالسير بالقرب من بعضها البعض مع الحفاظ على هوامش الأمان المطلوبة.

التحكم المركزي في حركة المرور (CTC) هو شكل من أشكال إشارات السكك الحديدية التي نشأت في أمريكا الشمالية. يعمل نظام التحكم المركزي في حركة المرور على توحيد قرارات توجيه القطارات التي كان يتم تنفيذها سابقًا بواسطة مشغلي الإشارات المحليين أو أطقم القطارات أنفسهم. يتكون النظام من مكتب مركزي لموجه القطارات يتحكم في تشابك السكك الحديدية وتدفقات المرور في أجزاء من نظام السكك الحديدية المعينة كمنطقة تحكم مركزية في حركة المرور.

يشير اكتشاف القطار إلى وجود أو عدم وجود قطارات على قسم محدد من الخط. ^[1]

الطريقة الأكثر شيوعًا لتحديد ما إذا كان قسم من الخط مشغولًا هي استخدام دائرة المسار . يتم عزل القضبان في كل طرف من كل قسم كهربائيًا عن القسم التالي، ويتم تغذية تيار كهربائي إلى كل من القضبان الجارية في أحد الطرفين. يتم توصيل مرحل في الطرف الآخر بكلا القضبان. عندما يكون القسم غير مشغول، يكمل ملف المرحل دائرة كهربائية ويتم تنشيطه. ومع ذلك، عندما يدخل القطار القسم، فإنه يتسبب في حدوث قصر في التيار في القضبان، ويتم إزالة الطاقة من المرحل. لا تحتاج هذه الطريقة صراحةً إلى التحقق من أن القطار بأكمله قد غادر القسم. إذا بقي جزء من القطار في القسم، فإن دائرة المسار تكتشف ذلك الجزء.

يكتشف هذا النوع من الدوائر غياب القطارات، سواء لضبط إشارة المؤشر أو لتوفير وظائف التشابك المختلفة - على سبيل المثال، منع تحريك النقاط أثناء اقتراب القطار منها. تثبت الدوائر الكهربائية أيضًا أن النقاط مقفلة في الموضع المناسب قبل أن يتم مسح الإشارة التي تحمي هذا المسار. تحمل القطارات والموظفون العاملون في المملكة المتحدة في مناطق كتلة دائرة المسار مشابك تشغيل دائرة المسار (TCOC) بحيث يمكن، في حالة حدوث أي شيء يلوث خط التشغيل المجاور، أن يتم تقصير دائرة المسار. هذا يضع الإشارة التي تحمي هذا الخط في "خطر" لإيقاف قطار يقترب قبل أن يتم تنبيه المرسل. ^[2]

تستخدم طريقة بديلة لتحديد حالة مشغولة في كتلة ما أجهزة تقع في بدايتها ونهايتها تحسب عدد المحاور التي تدخل وتخرج من قسم الكتلة. إذا كان عدد المحاور التي تغادر قسم الكتلة يساوي عدد المحاور التي دخلت إليه، يُفترض أن الكتلة خالية. توفر عدادات المحاور وظائف مماثلة لدوائر المسار، ولكنها تُظهر أيضًا بعض الخصائص الأخرى. في بيئة رطبة، يمكن أن يكون قسم المحور المحسوب أطول بكثير من قسم المسار الدائري. تقلل مقاومة الصابورة المنخفضة لدوائر المسار الطويلة جدًا من حساسيتها. يمكن لدوائر المسار اكتشاف بعض أنواع عيوب المسار تلقائيًا مثل السكك المكسورة. في حالة استعادة الطاقة بعد انقطاع التيار الكهربائي، يُترك قسم المحور المحسوب في حالة غير محددة حتى يمر القطار عبر القسم المتأثر. يكتشف قسم المسار الدائري على الفور وجود قطار في القسم.

في معظم خطوط السكك الحديدية، يتم تركيب إشارات مادية على جانب الخط للإشارة للسائقين فيما إذا كان الخط أمامهم مشغولاً أم لا، ولضمان وجود مساحة كافية بين القطارات للسماح لها بالتوقف.

أظهرت الأشكال القديمة للإشارة جوانبها المختلفة من خلال وضعها المادي. تتألف أقدم الأنواع من لوحة كانت إما موجهة إلى الأمام ومرئية بالكامل للسائق، أو تدور بحيث تكون غير مرئية عمليًا. في حين لا يزال هذا النوع من الإشارة قيد الاستخدام في بعض البلدان (على سبيل المثال، فرنسا وألمانيا)، فإن الشكل الأكثر شيوعًا للإشارة الميكانيكية في جميع أنحاء العالم هو إشارة السيمافور . يتكون هذا من ذراع محوري أو شفرة يمكن إمالتها بزوايا مختلفة. الذراع الأفقي هو الإشارة الأكثر تقييدًا (لـ "الخطر" أو "الحذر" أو "التوقف والمتابعة" أو "التوقف والبقاء" حسب نوع الإشارة).

لتمكين القطارات من السير ليلاً، يتم عادةً توفير ضوء واحد أو أكثر عند كل إشارة. وعادةً ما يتكون هذا من مصباح زيتي مضاء بشكل دائم مع نظارات ملونة متحركة في المقدمة تعمل على تغيير لون الضوء. لذلك كان على السائق أن يتعلم مجموعة واحدة من المؤشرات للمشاهدة أثناء النهار ومجموعة أخرى للمشاهدة أثناء الليل.

في حين أنه من الطبيعي ربط ظهور الضوء الأخضر بحالة آمنة، إلا أن هذا لم يكن الحال تاريخيًا. في الأيام الأولى لإشارات السكك الحديدية، قدمت أول أضواء ملونة (مرتبطة بإشارات الانعطاف أعلاه) ضوءًا أبيضًا لـ "واضح" وضوءًا أحمر لـ "خطر". كان اللون الأخضر يستخدم في الأصل للإشارة إلى "الحذر" ولكن تم إيقاف استخدامه عندما تم إيقاف نظام الفاصل الزمني. بعد ذلك، حل الضوء الأخضر محل الأبيض لـ "واضح"، لمعالجة المخاوف من أن العدسة الحمراء المكسورة يمكن أن يفهمها السائق على أنها إشارة "واضحة" كاذبة. لم يكن الأمر كذلك حتى أتقن العلماء في شركة Corning Glassworks ظلًا من اللون الأصفر بدون أي مسحة من اللون الأخضر أو ​​الأحمر، حيث أصبح اللون الأصفر هو اللون المقبول لـ "الحذر".

يتم تشغيل الإشارات الميكانيكية عادة عن بعد بواسطة سلك من رافعة في صندوق الإشارة، ولكن يتم استخدام التشغيل الكهربائي أو الهيدروليكي عادة للإشارات التي تقع على مسافة بعيدة جدًا للتشغيل اليدوي.

في أغلب خطوط السكك الحديدية الحديثة، حلت الإشارات الضوئية الملونة محل الإشارات الميكانيكية إلى حد كبير. تتمتع الإشارات الضوئية الملونة بميزة عرض نفس الجوانب ليلاً ونهارًا، وتتطلب صيانة أقل من الإشارات الميكانيكية.

على الرغم من أن الإشارات تختلف على نطاق واسع بين البلدان، وحتى بين خطوط السكك الحديدية داخل بلد معين، فإن النظام النموذجي للجوانب سيكون على النحو التالي:

• أخضر: استمر بنفس سرعة الخط. توقع أن تجد الإشارة التالية تعرض اللون الأخضر أو ​​الأصفر.
• الأصفر: الاستعداد للعثور على الإشارة التالية التي تعرض اللون الأحمر.
• الأحمر: توقف.

في بعض السكك الحديدية، تعرض إشارات الضوء الملونة نفس مجموعة الجوانب التي تظهرها الأضواء الموجودة على الإشارات الميكانيكية أثناء الظلام.

تعتبر إشارات المسار وإشارات السرعة طريقتين مختلفتين لإخطار القطارات بالتقاطعات.

بموجب إشارات المسار ، يتم إبلاغ السائق بالمسار الذي سيتخذه القطار بعد كل إشارة (ما لم يكن مسار واحد فقط ممكنًا). يتم تحقيق ذلك من خلال مؤشر مسار متصل بالإشارة. يستخدم السائق معرفته بالمسار، المعززة بعلامات تقييد السرعة المثبتة على جانب الخط، لقيادة القطار بالسرعة الصحيحة للمسار الذي يجب اتخاذه. هذه الطريقة لها عيب يتمثل في أن السائق قد لا يكون على دراية بالسرعة المطلوبة على تقاطع تم تحويله إليه بسبب بعض حالات الطوارئ. وقد تسببت هذه الطريقة وحدها في وقوع العديد من الحوادث. ^[3] لهذا السبب، في المملكة المتحدة، حيث يتم وضع إشارات مسار على جميع الخطوط، يُسمح للسائقين فقط بالقيادة على الطرق التي تم تدريبهم عليها ويجب عليهم السفر بانتظام عبر طرق التحويل الأقل استخدامًا للحفاظ على معرفتهم بالمسار محدثة.

تستخدم العديد من أنظمة إشارات الطريق التحكم في الاقتراب (انظر أدناه) لإعلام السائق بتغيير قادم في الطريق.

في ظل إشارات السرعة ، يخبر جانب الإشارة السائق بالسرعة التي يمكنه بها المضي قدمًا عبر تقاطع، ولكن ليس بالضرورة المسار الذي سيتخذه القطار. تتطلب إشارات السرعة نطاقًا أكبر بكثير من جوانب الإشارة من إشارات الطريق، ولكن يتم وضع اعتماد أقل على معرفة السائقين بالطريق، على الرغم من أن الحاجة إلى تعلم السائقين للطريق لا يتم القضاء عليها حيث لا تخبر إشارات السرعة السائقين عادةً بتغييرات حدود السرعة خارج التقاطعات. عادةً ما تُستخدم علامات حدود السرعة بالإضافة إلى إشارات السرعة، مع اتباع السائق لأيهما يُظهر السرعة الأقل.

لقد أصبحت العديد من الأنظمة تستخدم عناصر من كلا النظامين لتزويد السائقين بأكبر قدر ممكن من المعلومات. وهذا يعني أن أنظمة إشارات السرعة قد تستخدم مؤشرات الطريق جنبًا إلى جنب مع جوانب السرعة لإعلام السائقين بشكل أفضل بطريقهم؛ على سبيل المثال، قد تُستخدم مؤشرات الطريق في المحطات الرئيسية للإشارة إلى الرصيف الذي سيتم توجيه القطارات القادمة إليه. وعلى نحو مماثل، تشير بعض أنظمة إشارات الطريق إلى سرعة الاقتراب باستخدام شاشات العرض المسرحية حتى يعرف السائقون السرعة التي يجب أن يسافروا بها.

• 
  مثال على إشارة من ملبورن فيكتوريا: تعرض هذه الإشارة جانبًا لإشارات السرعة، جنبًا إلى جنب مع مؤشر الطريق

عندما يتم توجيه القطار نحو مسار متشعب يجب اتخاذه بسرعة أقل بكثير من سرعة الخط الرئيسي، فيجب إعطاء السائق تحذيرًا مسبقًا كافيًا.

في ظل إشارات الطريق ، لا توجد الجوانب اللازمة للتحكم في السرعة، لذلك غالبًا ما يتم استخدام نظام يُعرف باسم تحرير الاقتراب . يتضمن ذلك تثبيت إشارة التقاطع على جانب مقيد (عادةً توقف ) بحيث تُظهر الإشارات الموجودة على الاقتراب التسلسل الصحيح لجوانب الحذر. يكبح السائق وفقًا لجانب الحذر، دون أن يدرك بالضرورة أن الطريق المتباعد قد تم تحديده بالفعل. عندما يقترب القطار من إشارة التقاطع، قد يتضح جانبه إلى أي جانب يسمح به الإشغال الحالي للمسار أمامه. عندما تكون سرعة الانعطاف هي نفسها، أو قريبة من سرعة الخط الرئيسي، فإن تحرير الاقتراب غير ضروري.

في ظل إشارات السرعة ، تعرض الإشارات التي تقترب من التباعد جوانب مناسبة للتحكم في سرعة القطارات، وبالتالي لا يلزم تحرير الاقتراب .

يوجد أيضًا نظام من الأضواء الصفراء الوامضة المستخدمة في المملكة المتحدة والذي يسمح للقطارات بالاقتراب من مسار متفرع بسرعة أعلى. هذا يخبر السائق أن المسار الذي أمامه يقع على خط متفرع. مع ظهور القطارات والتقاطعات الحديثة الأكثر سرعة، كان هناك حاجة إلى نظام أفضل لإرشاد السائقين، لذلك تم تطوير النظام التالي في أوائل الثمانينيات. تم تحسين النظام على مر السنين، ويستخدم الآن دوليًا ويُستخدم أيضًا في أنظمة الإشارات ثلاثية الجوانب ذات السرعة المنخفضة حيث يكون الضوء الأصفر الوامض الوحيد هو الإشارة الأولى للسائق.

في نظام الجوانب الأربعة، إذا كان الطريق عبر التقاطع واضحًا، فستعرض إشارة التقاطع جانبًا أصفر ثابتًا واحدًا مع مؤشر تقاطع مضاء يوضح الطريق المحدد. ^[4]

ستعرض الإشارة التي تسبق إشارة التقاطع الآن جانبًا أصفر وامضًا واحدًا وستعرض الإشارة التي تسبق ذلك جانبين أصفر وامضين . تخبر معرفة السائق بالمسار بالسرعة المسموح بها عبر التقاطع المتفرع، وسيبدأ في إبطاء القطار عند رؤية الومضتين الأصفرتين . تخبر الإشارات الوامضة السائق أن المسار عبر التقاطع محدد وخالٍ، ولكن بعد ذلك تكون الإشارة الأولى على المسار المتفرع حمراء ، لذا يجب أن يكون مستعدًا للتوقف هناك.

عندما يقترب القطار من إشارة التقاطع، قد تزداد الإشارة إلى جانب أقل تقييدًا ( أصفر واحد ، أو صفراوين ، أو أخضر ) اعتمادًا على مدى وضوح الخط للأمام.

تستخدم بعض الأنظمة في العالم أنظمة التحكم في السرعة الميكانيكية جنبًا إلى جنب مع الإشارات لضمان تقييد سرعة القطار بقيمة معينة، وذلك لضمان سير القطار بسرعة تمكنه من التوقف قبل وجود عائق. تستخدم هذه الأنظمة غالبًا أجهزة إيقاف القطار الميكانيكية (ذراع صغيرة تخرج من القضبان تعمل على تشغيل مكابح القطار عند الدهس) "لتعطيل" مكابح القطار الذي يسافر بسرعة كبيرة. عادةً، بمجرد وصول القطار إلى نقطة معينة على المسارات، فإنه يطلق مؤقتًا، وعندما ينفد المؤقت، ينخفض ​​ذراع إيقاف القطار، مما يسمح للقطار بالمرور دون انقطاع. تم تصميم التوقيت بحيث إذا كان القطار يسير بالسرعة المقصودة (أو أبطأ)، فسيكون القطار قادرًا على الاستمرار دون مشكلة، ولكن إذا كان القطار يسير بسرعة كبيرة، فإن جهاز إيقاف القطار سيعطل القطار ويوقفه. يمكن استخدام هذا النظام لضمان سير القطار بسرعة معينة، مما يسمح للمصممين بالثقة في أن تداخلات الإشارات الأقصر ستكون كافية، وبالتالي فإن استخدام هذا النظام يمكن أن يساعد في تحسين سعة خط السكك الحديدية بشكل كبير.

يُستخدم النظام غالبًا عند الاقتراب من التقاطعات المسدودة لمنع القطارات من الاصطدام بالمخازن المؤقتة في النهاية، كما حدث في أماكن مثل مورغيت . كما يُستخدم أيضًا في خطوط المرور الكثيفة للسماح بسعة أعلى، مثل سكة حديد سيتي سيركل في سيدني، حيث تم استخدامه في النصف الغربي من عام 1932 للسماح بمرور 42 قطارًا في الساعة عبر الخط في كل اتجاه، حيث سيكون لكل محطة محطات قطار متعددة على طول الأرصفة والتي تنخفض تدريجيًا لضمان عدم اصطدام القطار القادم بالقطار المغادر، على بعد أقل من 100 متر. تم تعديل هذا النظام في أوائل التسعينيات، بحيث لا يتمكن القطار القادم من دخول الرصيف حتى يغادر القطار السابق، ومع ذلك، لا تزال الرحلات تُستخدم للتغلب على تداخل الإشارات المطلوب عادةً.

غالبًا ما يتم استخدام هذه الأنظمة بالتزامن مع إشارات السرعة التدريجية (انظر أدناه).

تشير إشارات السرعة التدريجية إلى الأنظمة التي تفرض قيودًا على السرعة على الجوانب التحذيرية. في الأنظمة التي لا تحتوي على إشارات سرعة تدريجية، لا تجبر الجوانب التحذيرية من إشارة حمراء قادمة السائق على اتخاذ أي إجراء؛ الأمر متروك لتقديره الخاص بشأن متى يبدأ في التباطؤ استعدادًا للتوقف عند الإشارة الحمراء. مع إشارات السرعة التدريجية، يفرض كل جانب تحذيري قبل الإشارة الحمراء حد سرعة أقل على التوالي على السائق. ^[5] لا ينبغي الخلط بينه وبين إشارات السرعة كما تستخدم في التقاطعات؛ يمكن استخدام إشارات السرعة التدريجية جنبًا إلى جنب مع إشارات الطريق.

إن فشل سائق القطار في الاستجابة لإشارة ما قد يكون كارثيًا. ونتيجة لذلك، تم ابتكار أنظمة أمان مساعدة مختلفة. ويتطلب أي نظام من هذا القبيل تركيب درجة معينة من المعدات المحمولة على القطار وعلى جانب الطريق. وتتدخل بعض الأنظمة فقط في حالة تجاوز إشارة الخطر (SPAD). وتشمل أنظمة أخرى مؤشرات مسموعة و/أو مرئية داخل كابينة السائق لتكملة إشارات جانب الخط. ويحدث تطبيق الفرامل التلقائي إذا فشل السائق في التعرف على التحذير. ولا تعتمد أنظمة التحكم في القطارات الأكثر تقدمًا على أي سائق على الإطلاق على أجهزة الكمبيوتر لتشغيل النظام بالكامل مثل Skytrain في فانكوفر، كندا ونظام المترو في الدوحة، قطر.

إن أنظمة الأمان داخل الكابينة مفيدة للغاية أثناء الضباب ، حيث تتطلب الرؤية الضعيفة وضع تدابير تقييدية. كما تعد أنظمة الأمان مهمة في السكك الحديدية الحضرية حيث من المستحيل الرؤية حول الزوايا في مترو الأنفاق وأنفاق المترو. يمكن لأجهزة الكمبيوتر الموجودة على متن القطار وعلى جانب الطريق تتبع القطارات حول الزوايا الضيقة بسرعات أعلى لضمان السلامة.

إشارات الكابينة هي نظام فرعي ينقل معلومات الإشارات إلى كابينة القطار مثل وضع القيادة والسرعة وإنذارات الأعطال. وحدات إشارات الكابينة هي أنظمة فرعية مهمة لهندسة العوامل البشرية في أنظمة إشارات القطارات الحديثة.

إذا كانت هناك كابينة نشطة، يتم تحديد اتجاه القطار، أي أن جانب الكابينة النشطة يعتبر بمثابة مقدمة القطار. في الأنظمة الحديثة، يتم وضع نظام حماية القطار فوق نظام إشارات الكابينة وسيطبق الفرامل تلقائيًا ويوقف القطار إذا فشل السائق في التحكم في سرعة القطار وفقًا لمتطلبات سلامة النظام. ^[6] تعتمد أنظمة إشارات الكابينة على مقاييس سرعة الدوران ومقاييس التسارع ووحدات النطاق العريض للغاية ووحدات قياس القصور الذاتي ودوائر المسار وأجهزة الإرسال والاستقبال التي تتواصل مع الكابينة وأنظمة التحكم في القطار القائمة على الاتصالات .

في الأيام الأولى للسكك الحديدية، كان عمال الإشارات مسؤولين عن ضمان ضبط أي نقاط (الولايات المتحدة: مفاتيح) بشكل صحيح قبل السماح للقطار بالمضي قدمًا. ومع ذلك، أدت الأخطاء إلى وقوع حوادث، وأحيانًا كانت تؤدي إلى وفيات. تم تقديم مفهوم التشابك الميكانيكي لمفاتيح النقاط والإشارات والأجهزة الأخرى لتحسين السلامة. يمنع هذا عامل الإشارات من تشغيل الأجهزة في تسلسل غير آمن باستخدام وسائل ميكانيكية، مثل مسح إشارة بينما لم يتم ضبط مجموعة واحدة أو أكثر من النقاط بشكل صحيح للمسار. ^[3] استخدمت أنظمة التشابك المبكرة أجهزة ميكانيكية لتشغيل أجهزة الإشارة وضمان تشغيلها الآمن.

بدءًا من ثلاثينيات القرن العشرين تقريبًا، تم استخدام أنظمة الترابط الكهربائية. ومنذ منتصف الثمانينيات، كانت أنظمة الترابط الجديدة تميل إلى أن تكون من النوع الإلكتروني . تقرر المعالجات الدقيقة حركات مفاتيح النقاط المسموح بها. تسمح أنظمة الترابط والأنظمة الفرعية الحديثة بمواقع مفاتيح نقاط معينة وتحظرها لتعزيز سلامة القطار.

تستخدم شركات السكك الحديدية قواعد التشغيل والسياسات والإجراءات لتعزيز السلامة. غالبًا ما تختلف قواعد التشغيل المحددة من بلد إلى آخر، وقد تكون هناك اختلافات بين شركات السكك الحديدية المنفصلة داخل نفس البلد.

تم وصف قواعد التشغيل الأرجنتينية في Reglamento interno técnico de Operaciones [RITO] ( كتاب قواعد التشغيل الفني).

يُطلق على تطبيق قواعد التشغيل في أستراليا اسم " العمل الآمن " . وتُعرف طريقة العمل في أي منطقة أو موقع معين باسم "نظام العمل الآمن" لتلك المنطقة. وتختلف قواعد التشغيل بين الولايات، على الرغم من المحاولات المبذولة لصياغة معيار وطني.

في أمريكا الشمالية ، وخاصة الولايات المتحدة ، تسمى قواعد التشغيل بطريقة التشغيل . وهناك خمس مجموعات رئيسية من قواعد التشغيل في أمريكا الشمالية:

• قواعد تشغيل السكك الحديدية الكندية (CROR)، التي تستخدمها معظم شركات السكك الحديدية الكندية، باستثناء عمليات السكك الحديدية الوطنية الكندية في الولايات المتحدة، والتي تستخدم نسخة معدلة خاصة من GCOR، والمعروفة باسم USOR (قواعد تشغيل الولايات المتحدة)
• القواعد العامة لقواعد التشغيل (GCOR)، التي تستخدمها العديد من شركات السكك الحديدية من الفئة الأولى ، وشركات السكك الحديدية من الفئة الثانية ، وشركات السكك الحديدية القصيرة في الولايات المتحدة
• لجنة استشارية لقواعد التشغيل في الشمال الشرقي (NORAC)، تستخدمها العديد من شركات السكك الحديدية في شمال شرق الولايات المتحدة
• تستخدم الفئة الأولى في شركة نورفولك الجنوبية مجموعة فريدة من قواعد التشغيل.
• تستخدم فئة I CSX Transportation مجموعة فريدة من قواعد التشغيل.

يُطلق على كتاب قواعد التشغيل للمملكة المتحدة اسم "كتاب قواعد GE/RT8000"، ^[7] والمعروف بشكل أكثر شيوعًا باسم "كتاب القواعد" من قبل موظفي السكك الحديدية. يتم التحكم فيه من قبل مجلس سلامة السكك الحديدية والمعايير (RSSB)، وهو مستقل عن شركة Network Rail أو أي شركة تشغيل قطارات أخرى أو شركة تشغيل شحن . تعمل معظم السكك الحديدية التقليدية وفقًا لنسخة مبسطة من كتاب قواعد السكك الحديدية البريطانية .

يتألف نظام الإشارات المستخدم في شبكة السكك الحديدية في فنلندا من إشارات ضوئية ملونة وعلامات ثابتة. ويُستخدم هذا النظام مع نظام التحكم الآلي في القطارات EBICAB 900 المعروف باسم JKV، أو junakulunvalvonta باللغة الفنلندية .

في إيطاليا ، يتم وصف إشارات السكك الحديدية في تعليمات معينة تسمى Regolamento Segnali ( تنظيم الإشارات ).

القواعد التشغيلية الهندية، والتي تسمى "القواعد العامة"، مشتركة بين جميع خطوط السكك الحديدية الإقليمية التابعة للسكك الحديدية الهندية ولا يمكن تعديلها إلا من قبل مجلس السكك الحديدية. تتم إضافة قواعد فرعية إلى القواعد العامة من قبل خطوط السكك الحديدية الإقليمية، والتي لا تنتهكها. يتم إجراء التصحيحات من وقت لآخر من خلال أوراق التصحيح. ^[8]

كانت إشارات السكك الحديدية اليابانية في البداية تعتمد على ممارسات إشارات السكك الحديدية البريطانية، ولا تزال إشارات السكك الحديدية اليابانية تعتمد على نظام إشارات الطرق في المملكة المتحدة للتقاطعات. ومع ذلك، مع تقدم الإشارات لتلبية متطلبات النظام، يتم استخدام إشارات السرعة التدريجية خارج التقاطعات.

نشأت إشارات السكك الحديدية في هونج كونج من مبدأ إشارات السكك الحديدية البريطانية، ^[9] وتستمر في الاعتماد على مبادئ تطوير كتب القواعد والإجراءات بموجب منظمة التشغيل MTR.

• براين، فرانك دبليو. (1 مايو 2006). "أنظمة التحكم في حركة المرور في السكك الحديدية". القطارات . دار النشر كالماتش. مؤرشف من الأصل في 17 أكتوبر 2007.
• كولبورن، روبرت (14 أكتوبر 2013). "تاريخ إشارات السكك الحديدية". معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . مؤرشف من الأصل في 22 أكتوبر 2013.
• القواعد العامة لقواعد التشغيل (PDF) (الطبعة السابعة). لجنة GCOR. 1 أبريل 2015. مؤرشف من الأصل (PDF) في 19 يونيو 2018.
• مدير هندسة العلوم والتكنولوجيا، مجموعة مشروع ويست ميدلاندز (1991). "التشابك الميكانيكي" (PDF) . dickthesignals.co.uk . هيئة السكك الحديدية البريطانية. مؤرشف من الأصل (PDF) في 18 أبريل 2023. تم الاسترجاع في 26 نوفمبر 2023 .

• صفحة الإشارات (TSP) – إشارات السكك الحديدية في جميع أنحاء العالم (باللغة الهولندية)، (باللغة الإنجليزية)
• RailServe.com الإشارات والاتصالات
• السكك الحديدية: التاريخ والإشارات والهندسة [1] [2] [3] [4] و[5]
• جمعية تسجيلات الإشارات
• مؤسسة مهندسي إشارات السكك الحديدية