Железнодорожная светофорная сигнализация — часть сигнализации на железных дорогах и подобном рельсовом транспорте, выполненная на основе железнодорожных светофоров. Имея в целом конструктивно и внешне сходные светофоры, разные системы рельсового транспорта используют различные системы значений (сигнальных показаний), то есть приказов машинисту (водителю подвижного состава), обладающих разным смыслом, и различные системы передачи показаний в виде зрительного образа.
Светофорная сигнализация в мире
Значения, выражаемые светофорной (и семафорной) сигнализацией
Поездная сигнализация
Изначально светофорная (точнее, семафорная) сигнализация была создана для регулирования движения поездов. В первую очередь под этим подразумевалось разрешение или запрещение поезду вступать на некоторый участок пути, с целью предотвращения столкновения поездов с подвижным составом или вступления поезда на неготовый маршрут (то есть непереведённые, недопереведённые, не замкнутые стрелки, повреждённый участок пути и т. п.), а также часто просто с целью передачи поезду указания отправиться со станции в определённое время или задержаться. На основе этого развивалась далее поездная светофорная сигнализация. Поэтому самые первые, базовые показания поездной светофорной сигнализации — «стой! проезд запрещён» и «проезд разрешён».
Также было принято, что именно место установки светофора обозначает точку, за которую поезд не должен заезжать при запрещающем показании. Первый способ был довольно простой и дешёвый в реализации, но неудобный и дорогой в эксплуатации — особенно при интенсивном движении. Он заключался в том, что после движения по участку без сигналов — на большой скорости — приближаясь к сигналу и ещё не видя его показания, машинист должен был снижать скорость, в соответствии с видимостью, чтобы оказаться в состоянии затормозить перед сигналом, если он окажется закрыт. Для указания того, что поезд приближается к сигналу (обычно это относилось к входным сигналам станций), использовали специальные сигнальные знаки, расставляемые на определённых расстояниях до сигнала. В немецкой и затем российской традиции они имели вид прямоугольных вертикальных белых табличек с косыми полосами (обычно чёрного цвета) числом от 1 до 3-4: табличка с 1 полосой размещалась на расстоянии тормозного пути с некоторой добавкой, а с 2, 3 и иногда 4 полосами — перед ней, через какие-то равные промежутки, например, 100 метров. Знакомые автомобилистам дорожные знаки перед переездом совершенно характерного вида — практически прямые потомки тех табличек, и могут отличаться от них лишь цветом полос и размером.
Аналогично делалось и с выходными сигналами станций, если они вообще устанавливались (разрешение на отправление на перегон часто давалось устным приказом, либо в виде записки, либо путём передачи жезла, или ручным видимым сигналом дежурного по станции). Предполагалось, что поезд в любом случае должен остановиться или хотя бы сильно сбавить скорость на станции.
Это не подходило для всех участков и станций — ведь многим поездам не требовалось останавливаться на станции, а лишняя потеря времени при «подползании» к входному сигналу не только увеличивала время в пути, но и снижала пропускную способность, поскольку задерживала освобождение перегона и разрешение на отправление туда следующего поезда, а также приводила к перерасходу топлива на лишние разгоны.
Поэтому вскоре был принят и другой способ, который и является ещё одной основой большинства современных систем железнодорожной сигнализации. Он состоял в использовании предупредительных сигналов, расположенных, как и вышеописанные таблички, на расстоянии тормозного пути, при этом сами таблички часто также использовались (и используются на некоторых железных дорогах и в настоящее время), чтобы в свою очередь предупредить машиниста о приближении к предупредительному сигналу, чтобы он не пропустил его, например, во время тумана, ливня, метели. Предупредительный сигнал прямо информирует машиниста о показании основного сигнала; при этом машинист должен предполагать, что состояние основного сигнала не изменится с тех пор, как он проехал мимо предупредительного, и ещё не увидел показание основного. На открытие основного сигнала в такой момент не накладывается никаких ограничений, и машинист должен воспринимать такую ситуацию как нормальную (хотя это и неудобство), но закрытие открытого сигнала перед поездом, хотя и возможно, но говорит о какой-то, вероятно, аварийной ситуации, и не исключает проезд поездом этого сигнала, так как тормозного пути может уже не хватить.
По внешнему виду показания предупредительного сигнала должны чётко отличаться от показаний основного. Особенно отличаться должно показание, предупреждающее о запрещающем, от самого запрещающего, в то время как разрешающее и предупреждающее о разрешающем показании относительно допустимо делать и сравнительно похожими (но всё-таки различаться они — на этой стадии развития сигнализации — обязательно должны, чтобы не создать путаницу, ведь открытый входной сигнал, например, изначально требовал тем не менее остановки на станции). Первоначально предупредительные сигналы устанавливались перед входными сигналами станций и сигналами ручных или полуавтоматических блок-постов на перегонах. Позже для обеспечения сквозного проследования через станцию без излишнего снижения скорости предупредительные сигналы стали ставить и на входе на станцию, обычно рядом или вместе с входным сигналом. Аналогично делали и на появившихся тогда системах автоблокировки — либо отдельным предупредительным сигналом снабжался каждый основной сигнал, либо, чаще, из-за частого расположения сигналов — практически на расстоянии тормозного пути — предупредительный сигнал совмещался на одной мачте с предыдущим основным сигналом. Выносить предупредительный сигнал ещё дальше за предыдущий основной было нельзя, так как это вызвало бы путаницу по поводу того, к какому сигналу относится данный предупредительный.
С распространением такой практики — совмещения на одной мачте основного сигнала (то есть способного требовать остановки перед ним) и предупредительного сигнала для следующего основного — стало ясно, что в отличие от отдельно стоящего предупредительного сигнала, которого поезд не достигал при закрытом предыдущем основном, необходима увязка показаний между ними, чтобы не возникало ситуации, когда при закрытом основном сигнале виден предупредительный, говорящий о том, что открыт следующий сигнал, так как этот следующий сигнал не относится к данному поезду, который просто не должен заезжать за закрытый сигнал (может быть, этот сигнал относится к идущему впереди поезду, может быть, путь за сигналом разветвляется, и при неустановленном маршруте вовсе не определено, какой же именно сигнал вообще является следующим). Хотя об этом мог бы позаботиться сам машинист, это уже вредная перегрузка его ненужной информацией, и поэтому стало принято не показывать на предупредительном разрешающее показание, когда основной сигнал на той же мачте закрыт: либо при этом показывалось показание, предупреждающее о закрытом сигнале, либо вообще некое нейтральное показание, такое, как вертикальное, спрятанное за мачту крыло семафора или погашенный огонь.
Также стало ясно, что на линиях и системах, где такая расстановка сигналов преобладает, возможно и удобно вообще полностью совместить показания этих сигналов. В результате, там, где их действительно совместили (например, на многих дорогах в США), уже основные сигналы стали давать предупредительные показания: теперь показаний основного сигнала уже 3: «Стой!», «Разрешается проезжать сигнал, следующий сигнал закрыт», «Разрешается проезжать сигнал, следующий сигнал открыт». При этом показания тех сигналов, которые по смыслу и взаимозависимости не связывались друг с другом, то есть отдельно стоящих предупредительных сигналов, и основных сигналов, не дающих информации о показании следующего основного сигнала (например, когда следующий сигнал за много километров), могли либо оставаться отличными от новых совмещённых сигналов, либо унифицировались с ними в соответствии со здравым смыслом, а отличие оставалось только во внешнем оформлении или маркировке сигнала.
В тех системах сигнализации, где это было сделано, стало возможным так же вводить более дальнее предупреждение о закрытом сигнале — уже не на следующем, а через один сигнал (и в принципе даже далее), просто вводя ещё одно показание, а не увеличивая число самих сигналов на одной мачте. Это даёт возможность либо увеличить скорость, не меняя в целом расстановку сигналов, либо при неизменной скорости поездов уменьшить почти в 2 раза длину блок-участков (расстояние между сигналами), одновременно несколько уменьшив (практически — примерно в 1,4 раза при относительно свободном движении и более, чем в 1,5 раза при стеснённом движении) минимально возможный межпоездной интервал. Таким образом, в этом аспекте можно системы светофорной/семафорной сигнализации разделить на 2 принципиально различных типа — с сохранением отдельных предупредительных сигналов, установленных при основных сигналах, и с объединёнными показаниями.
Однако, кроме указания о запрещении/разрешении проезда вообще, выяснилось, что машинист нуждается также в информации о допустимой скорости движения. При этом речь идёт не просто о неких постоянных ограничениях скорости на определённом участке, о которых машинист должен знать и помнить и без сигналов, и которые, как правило, обозначаются какими-то постоянными знаками вдоль пути, и не временных, при которых машинист также должен быть информирован заранее, а об ограничениях скорости, определяемых тем, какой маршрут установлен для поезда. Наиболее часто речь идёт о различии между проследованием стрелочного перевода по прямому направлению и по отклонению. На ширококолейных железных дорогах допустимая скорость проследования по отклонению через большинство стрелочных переводов установлена от 20 до 50 км/ч, в то время как скорость движения по главному пути намного больше. Фактически в наше время тормозной путь, необходимый для снижения скорости с установленной для главного пути, до скорости проследования по отклонению, мало отличается от тормозного пути для остановки, а требование снижения скорости также критично для безопасности движения.
При выполнении этой задачи в разных системах сигнализации пошли разными путями, из-за чего эти системы принято различать ещё по одному признаку — скоростная либо маршрутная сигнализация (в англ. приняты словосочетания route signalling и speed signalling), а также различные другие варианты, которые нельзя считать чисто скоростными или чисто маршрутными.
Основная идея чисто маршрутной сигнализации: сигналы, кроме показаний, рассмотренных выше, которые остаются принципиально неизменными, в тех случаях, когда находятся на приближении к разветвлению, имеют дополнительные показания, точно указывающие машинисту маршрут, по которому будет направлен поезд, а машинист, исходя из этого и зная допустимые скорости для всех возможных маршрутов, определяет свои дальнейшие действия. Часто маршрутов оказывается очень много, и может указываться не конкретный полный маршрут, а какая-то группа маршрутов, которая тем не менее реально (топологически) существует и скорость по которым до некоторых точек в принципе одинакова. Соответственно, в рамках этой концепции указание точного маршрута было бы необходимо на расстоянии по крайней мере тормозного пути до точки, где начинает различаться допустимая скорость, с повторением на каждом сигнале после первого указания.