철도 신호

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1. 개요

철도 신호는 열차의 안전 운행을 위해 열차의 진행 여부를 표시하는 장치 및 시스템을 의미한다. 초기에는 시간 간격 방식, 절대 블록 시스템과 같은 수동적인 방식에서 시작하여, 전신의 발명으로 열차 운행의 유연성을 높이는 시간표 및 열차 운전 명령 방식이 사용되었다. 이후, 폐색 방식, 연동 장치, 궤도 회로, 자동 열차 정지 장치(ATS) 등의 기술 발전을 통해 열차의 안전성과 운행 효율성을 지속적으로 향상시켜 왔다. 현대에는 열차 집중 제어 장치(CTC), 열차 자동 제어 장치(ATC), 이동 폐색과 같은 첨단 시스템이 사용되며, 운전실 내 신호 표시 및 자동 제동 시스템을 통해 안전성을 더욱 강화하고 있다.

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철도 신호 - 폐색
폐색은 열차 충돌 방지를 위해 열차 간 안전거리를 확보하는 철도 신호 시스템의 핵심 방법으로, 시간간격법과 공간간격법을 포함하여 다양한 방식으로 발전해왔으며 비상 상황에 대비한 대용폐색방식도 존재한다.
철도 신호 - 자동 열차 방호 장치
자동 열차 방호 장치는 열차의 안전 운행을 위해 사용되는 시스템으로, 여러 국가의 철도 노선에서 활용된다.

철도 신호
개요
정의	철도 트래픽을 제어하는 데 사용되는 원리
관련 항목	철도 신호기
기능 및 목적
안전 확보	열차 간의 안전한 간격 유지 및 충돌 방지
효율성 향상	선로 용량 극대화 및 열차 운행 효율성 증대
안내 및 제어	기관사에게 운행 관련 정보 제공 및 열차 운행 제어
작동 원리
신호 체계	열차의 위치 및 상태 정보 파악 선로 상태 및 운행 조건 확인 신호 시스템을 통해 기관사에게 정보 전달
주요 신호 유형	정지 신호: 열차 정지 지시 진행 신호: 열차 운행 허가 주의 신호: 속도 제한 또는 주의 운전 지시 경계 신호: 다음 신호가 정지 신호임을 예고
신호 시스템 종류
색등식 신호	색깔이 있는 불빛을 사용하여 신호 표시 (주간 및 야간)
완목식 신호	팔의 움직임으로 신호 표시 (주로 구형 시스템에서 사용)
차내 신호	열차 내부에서 직접 신호 정보 확인 (최신 시스템)
자동 열차 정지 장치 (ATS)	신호 위반 시 자동적으로 열차를 정지시키는 장치
자동 열차 제어 장치 (ATC)	열차 속도를 자동으로 제어하는 장치
자동 열차 보호 장치 (ATP)	열차의 안전 운행을 보장하는 종합적인 시스템
고려 사항
안전성	시스템 오류 및 오작동 방지 대책 마련
효율성	선로 용량 극대화 및 열차 운행 최적화
유지 보수	시스템 점검 및 유지 보수 용이성 확보
비용	시스템 구축 및 유지 보수 비용 효율성 고려
확장성	향후 수요 증가에 대비한 시스템 확장 가능성
추가 정보
관련 기술	컴퓨터 통신 전자 공학
관련 법규	각 국가별 철도 안전 법규 준수
미래 전망	인공지능 (AI) 기반의 지능형 신호 시스템 개발 사물 인터넷 (IoT) 기술을 활용한 실시간 모니터링 및 제어 시스템 구축 무인 운전 시스템 도입을 위한 신호 시스템 고도화

2. 역사적 배경

1830년 최초의 실용적인 철도인 리버풀-맨체스터 철도가 개통될 당시에는 전신과 전화가 발명되기 전이었다.^[10] 이 때문에 열차를 이용해 정보를 전달하는 것보다 더 빠른 방법은 없었으며, 현재와 같은 신호 설비를 이용한 열차 운행 안전 확보는 불가능했다. 따라서 정보 전송에 의존하지 않고 열차 안전을 확보하는 방식이 필요했다.

단선 철도에서는 마주 오는 열차와 충돌 위험이 커 초기 영국 철도는 대부분 복선 철도로 건설되었다. 반면, 미국에서는 인구 밀도가 낮아 경제성을 위해 단선 철도를 부설했고, 이에 맞는 안전 방식이 개발되었다.

초기에는 '경찰관(policemen)' 또는 '오피서(officer)'라고 불린 직원들이 선로를 따라 일정 간격으로 배치되어 스톱워치를 이용, 선행 열차가 통과한 후 일정 시간이 지났는지를 수신호로 알렸다. 이를 시격법(time interval working)이라 불렀다. 하지만 이 방식은 앞선 열차가 구간을 통과했는지 여부를 알 수 없었고, 정차한 경우 후속 열차 승무원이 직접 확인하기 전에는 알 수 없어 사고 위험이 높았다.

전기 전신의 발명으로 역무원이나 신호 취급소 직원이 열차 통과 후 구간이 비었음을 알리는 메시지(벨의 특정 횟수 울림)를 보낼 수 있게 되었다. 이 시스템을 절대 블록 신호 방식이라 불렀다. 1830년대부터는 수신호 대신 고정된 기계식 신호기가 사용되기 시작했다. 처음에는 신호기들이 각각 조작되었지만, 이후에는 일정 범위의 신호기 조작 레버를 신호 취급소에 통합하여 처리하는 방식이 일반화되었다.

폐색 방식은 1850년대부터 1860년대에 걸쳐 점차 보급되었으며, 아마 철도 참사 등 여러 열차 사고 이후 영국 의회는 1889년 철도 규제법 1889를 제정하여 법적으로 강제 적용했다. 이 법률은 모든 여객 열차에 폐색 방식과 연동 장치 사용을 의무화하여 현대 철도 안전의 기초가 되었다. 미국에서도 비슷한 시기에 유사한 규제가 이루어졌다.^[10]

교통량이 적은 단선 구간에서는 통표(토큰)를 각 열차 운전사가 휴대하여 해당 구간 진입 권한을 보증하는 토큰 방식이 사용되었다.

스리랑카의 언덕 지역 간선 철도 인프라, 스리랑카, 세마포어 신호의 갠트리 포함

철도 신호기, 선로전환기, 궤도 회로 등을 기계적, 혹은 전기적으로 상호 연쇄하여 동작하게 하는 연동 장치는 열차의 안전 운행과 입환 작업에 필수적이다. 초기에는 신호수가 전철기 설정 확인을 수작업으로 해야 했으나, 이는 사고로 이어질 수 있었다. 이를 개선하기 위해 전철기, 신호 등의 기계적 연동 장치 개념이 도입되어 초기 연동 장치는 기계 장치를 통해 안전한 작동을 보장했다.^[3] 1930년대부터 전기 릴레이 연동 장치가 사용되었고, 1980년대 중반 이후에는 반도체 연동 장치와 같은 전자식 연동 장치가 발전하였다.

2. 1. 시간표 운행 방식

가장 단순한 형태의 운행 방식은 장비 측면에서 볼 때, 시간표에 따라 열차를 운행하는 것이다. 모든 열차 승무원은 정해진 시간표를 숙지하고 준수해야 한다. 열차는 각 구간에서 예정된 시간에만 운행할 수 있으며, 이 시간 동안 해당 구간을 '점유'하여 다른 열차는 같은 구간을 사용할 수 없다.

단선 철도에서 열차가 반대 방향으로 운행할 때는 서로 만나는 지점("교행")이 정해져 있으며, 각 열차는 교행 지점에서 상대 열차를 기다려야 한다. 다른 열차가 도착하기 전에는 어떤 열차도 움직일 수 없다. 미국에서는 두 개의 녹색 깃발(야간에는 녹색 등)을 표시하는 것은 다른 열차가 첫 번째 열차를 따라오고 있으며 대기 중인 열차는 다음 열차가 통과할 때까지 기다려야 한다는 것을 나타낸다. 또한 깃발을 든 열차는 접근 시 기적을 8번 울리고, 대기 중인 열차는 깃발을 든 열차가 진행하기 전에 8번 기적을 울려 응답해야 한다.

시간표 운행 방식에는 몇 가지 단점이 있다.

첫째, 전방 선로가 비어 있는지에 대한 확실한 확인은 없으며, 단지 비어 있을 것으로 예정되어 있을 뿐이다. 이 시스템은 기관차 고장 및 기타 문제에 대한 대처가 어렵지만, 시간표는 고장 또는 지연된 열차의 승무원이 경고 깃발, 신호탄, 신호 폭음관을 설치하여 다른 열차 승무원에게 알릴 수 있도록 열차 사이에 충분한 시간을 두고 설정된다.
둘째, 시스템의 유연성이 부족하다. 열차는 사전 통지 없이는 추가, 지연 또는 운전 정리를 할 수 없다.
셋째, 시스템은 비효율적이다. 유연성을 제공하기 위해 시간표는 지연을 허용하기 위해 열차에 충분한 시간을 할당해야 하므로, 노선은 필요 이상으로 각 열차가 점유하지 않도록 한다.

그럼에도 불구하고 이 시스템은 열차보다 더 빠른 통신이 필요 없이 대규모 운행을 허용한다. 시간표 운행은 철도 초기 북미 지역에서 일반적인 운행 방식이었다. 1830년에 최초의 실용적인 철도인 리버풀-맨체스터 철도가 개통했을 당시에는 아직 전신과 전화가 발명되기 전이었다.^[10] 열차를 타고 이동하여 정보를 전달하는 것보다 더 빠르게 정보를 전달할 수 있는 수단은 없었으며, 현재처럼 신호 설비를 이용하여 열차 운행의 안전을 확보하는 것은 불가능했다. 이 때문에 정보 전송에 의존하지 않고 열차의 안전을 확보하는 방식이 고안되었다.

2. 2. 시간표 및 열차 순서 방식

전신의 발명으로 열차보다 먼저 메시지를 전달할 수 있게 되면서, 더욱 정교한 열차 운행 시스템이 가능해졌다. 전신은 '열차 운전 명령'이라 불리는 시간표 변경 사항을 전달하여 열차 운행을 취소, 재조정, 추가할 수 있게 하였다.

북미에서는 열차 승무원이 다음 정차역에서 명령을 받거나, 때로는 긴 막대기를 통해 '운행 중'인 기관차에 전달받았다. 관제사는 열차 운전 명령을 통해 열차를 측선에서 교차시키거나, 우선순위 열차가 통과할 때까지 측선에서 대기하도록 하고, 같은 방향으로 운행하는 열차 간에 최소 간격을 유지할 수 있었다.

시간표 및 열차 운전 명령 운용은 워배시 철도(Wabash Railroad)와 니켈 플레이트 철도(Nickel Plate Road) 등 일부 대규모 운용을 포함하여 1960년대까지 미국 철도에서 일반적으로 사용되었다. 알고마 중앙 철도(Algoma Central Railway)와 캐나다 태평양 철도(Canadian Pacific Railway)의 일부 지선에서는 1980년대 후반까지 캐나다에서 사용되었다.

시간표 및 열차 운전 명령은 북미 이외의 지역에서는 널리 사용되지 않았으며, 교통량이 적은 노선에서는 무선 관제 방식으로, 교통량이 많은 노선에서는 전자 신호 방식으로 대체되었다.^[1]

2. 3. 폐색 방식의 등장

열차는 충돌이나 추돌 사고를 방지하기 위해 항상 일정한 간격을 유지하며 운행해야 한다. 이를 위해 철도 노선은 '폐색'이라고 하는 구간으로 나뉘며, 일반적으로 한 폐색 구간에는 한 대의 열차만 진입할 수 있다. 이것이 대부분의 철도 안전 시스템의 기본 원리이다.^[1]

복선 철도에서는 각 선로에서 한 방향으로 열차를 운행하여 열차 간 추돌을 막기 위해 충분한 간격을 유지해야 했다. 철도 초기에는 직원(초기에는 경찰관 출신을 고용하여 폴리스맨(policemen) 또는 오피서(officer)라고 불렸다)이 선로를 따라 일정 간격으로 배치되어, 스톱워치를 사용하여 선행 열차가 통과한 후 일정 시간이 지났는지를 통과하는 열차의 운전사에게 수신호로 알렸다. 이 방식을 시격법(time interval working)이라 불렀다. 만약 선행 열차가 통과한 지 얼마 되지 않았다면, 뒤따르는 열차는 속도를 늦춰 간격을 확보해야 했다.

하지만 이 방식은 계시원이 선행 열차가 해당 구간을 통과했는지 여부를 알 수 없었고, 선행 열차가 어떤 이유로 정차한 경우, 후속 열차의 승무원은 이를 직접 확인하기 전에는 알 수 없었다. 그 결과, 초기 철도에서는 사고가 빈번하게 발생했다. 전기 전신의 발명으로 역무원이나 신호 취급소의 직원은 열차가 통과하여 해당 구간이 비었음을 알리는 메시지(벨의 특정 횟수 울림)를 보낼 수 있게 되었다. 이 시스템을 절대 블록 시스템이라고 불렀다.

1830년대부터 수신호 대신 고정된 기계식 신호기가 사용되기 시작했다. 처음에는 신호기들이 각각 조작되었지만, 나중에는 일정 범위의 신호기 조작 레버를 신호 취급소에 통합하여 처리하는 것이 일반적이 되었다. 열차가 구간에 진입하면 신호수는 해당 구간의 신호기를 조작하여 정지 현시로 바꾸었다. 열차가 통과했음을 알리는 메시지가 오면, 신호수는 신호기를 진행 현시로 되돌렸다.

폐색 방식은 1850년대부터 1860년대에 걸쳐 점차 보급되었으며, 아마 철도 참사를 비롯한 여러 열차 사고를 겪은 영국 의회가 1889년에 규제 법안을 제정하여 법적으로 강제 적용되었다. 이 법률은 모든 여객 열차에 폐색 방식과 연동 장치 사용을 의무화했다. 이러한 장치는 현대 철도의 기본적인 보안 장치가 되었다. 거의 같은 시기에 미국에서도 비슷한 규제가 이루어졌다.^[10]

모든 폐색 방식이 신호기에 의해 보안된 것은 아니다. 교통량이 적은 단선 구간에서는 통표(토큰)를 각 열차의 운전사가 휴대하여, 해당 통표를 소지하는 것이 해당 구간에 진입할 권한을 보증하는 토큰 방식이 사용되었다.

2. 4. 연동 장치의 발전

철도 신호기, 선로전환기, 궤도 회로 등의 장치를 기계적, 혹은 전기적으로 상호 연쇄하여 동작하도록 하는 연동 장치는 열차가 정거장 구내에서 안전하고 신속하게 운행하거나 입환 작업을 수행하는 데 필수적이다.

철도 초창기에는 열차 간 충돌을 방지하기 위해 충분한 간격을 유지해야 했다. 초기에는 '경찰'이라고 불린 남자들이 노선 간격에 배치되어 스톱워치를 사용, 열차 운전자에게 시간 간격을 알렸다. 이를 "시간 간격 방식"이라 불렀다. 그러나 이 방식은 앞선 열차가 선로를 벗어났는지 알 수 없어 사고 위험이 높았다.

전기 전신의 발명으로 절대 블록 시스템이 도입되었다. 역 또는 신호소의 직원이 벨을 울려 특정 구간이 비어 있음을 알리는 방식이었다. 1830년대부터는 고정식 기계 신호가 수신호를 대체하기 시작했고, 신호소에서 레버를 사용하여 특정 블록의 신호를 작동하는 방식이 일반화되었다.

1850년대와 1860년대에 절대 블록 시스템이 점차 사용되기 시작했으며, 아마 철도 참사 이후 영국 의회는 1889년에 법률을 통과시켜 모든 여객 철도에 블록 신호 방식과 연동을 의무화했다.

초기에는 신호수가 전철기가 올바르게 설정되었는지 확인해야 했으나, 실수는 사고로 이어졌다. 이를 개선하기 위해 전철기, 신호 등의 기계적 연동 장치 개념이 도입되었다. 초기 연동 장치는 기계 장치를 사용하여 안전한 작동을 보장했다.^[3]

1930년대부터 전기 릴레이 연동 장치가 사용되었고, 1980년대 중반 이후에는 반도체 연동 장치와 같은 전자식 연동 장치가 발전하였다. 현대 연동 장치 시스템은 마이크로프로세서를 통해 허용 가능한 전철기 움직임을 결정하여 열차 안전을 강화한다.

3. 신호 장치

철도 신호 시스템에서 신호 장치는 열차 운행을 안전하게 제어하는 데 필수적인 역할을 한다. 이러한 장치들은 열차의 위치, 선로 상태, 운행 허가 여부를 나타내어 열차 충돌 및 사고를 방지한다.

초기 철도에서는 시간 간격 방식을 사용하여 열차 간 간격을 유지했지만, 이는 사고 위험이 높았다. 전신의 발명으로 열차 운전 명령 시스템이 도입되어 열차 운행을 보다 효율적으로 관리할 수 있게 되었다. 이 시스템은 1960년대까지 미국 철도에서, 1980년대 후반까지 캐나다 일부 지역에서 사용되었다.^[1] 북미 이외 지역에서는 무선 관제 방식이나 전자 신호 방식으로 대체되었다.

이후, 열차가 선로를 점유하지 못하도록 노선을 '폐색' 구간으로 나누고, 각 구간에 한 번에 하나의 열차만 허용하는 폐색 시스템이 도입되었다. 초기에는 수신호와 스톱워치를 사용했지만, 전기 전신의 발명으로 절대 블록 시스템이 도입되어 역이나 신호소에서 열차 통과 여부를 확인할 수 있게 되었다.

1830년대부터 수신호를 대체하기 시작한 고정식 기계 신호는 신호소에서 레버를 사용하여 특정 블록의 모든 신호를 작동하는 방식으로 발전했다. 아마 철도 참사 이후 영국에서는 1889년 법률을 통해 블록 신호 방식과 연동이 의무화되었고, 이는 현대 신호 방식의 기초가 되었다. 궤도 회로와 같은 열차 감지 시스템의 발명으로 자동 폐색 신호가 도입되어 신호기가 자동으로 열차의 폐색 구간 진입 가능 여부를 표시하게 되었다.

3. 1. 신호기

신호기는 열차의 진행 가부 여부를 형태나 색깔로 표시하는 장치이다.^[1] 초기에는 시간표에 따라 열차를 운행했지만, 이 방식은 열차 고장이나 지연에 대한 대처가 어렵고 유연성이 부족하며 비효율적이라는 단점이 있었다. 1841년 전신의 발명으로 열차보다 먼저 메시지를 전달할 수 있게 되면서, ''열차 운전 명령''을 통해 열차 운행을 취소, 재조정, 추가할 수 있게 되었다.

궤도 회로와 같은 열차 감지 시스템의 발명으로 수동 폐색 시스템을 자동 폐색 신호로 대체할 수 있게 되었다. 자동 폐색 신호 방식에서는 신호기가 열차가 폐색 구간에 진입할 수 있는지 여부를 자동으로 표시한다.

대부분의 철도에서 물리적인 철도 신호는 선로변에 설치되어 운전자에게 앞쪽 선로의 점유 여부를 나타내고, 열차가 정지할 수 있도록 충분한 공간을 확보한다.

신호기의 종류는 크게 기계식 신호기와 색등식 신호기로 나뉜다.

기계식 신호기: 물리적인 위치로 다양한 신호 현시를 표시한다. 가장 초기의 유형은 운전자가 정면으로 볼 수 있도록 돌리거나, 거의 보이지 않도록 회전하는 판으로 구성되었다. 세마포어 신호기는 회전식 팔 또는 블레이드로 구성되며, 수평 팔은 가장 제한적인 표시이다. 야간에는 등유 램프와 색안경을 사용하여 빛의 색상을 변경했다.

색등식 신호기: 대부분의 현대 철도에서는 색등식 신호기가 기계식 신호기를 대체했다. 색등식 신호기는 주야간 동일한 현시를 표시하고, 유지 보수가 덜 필요하다는 장점이 있다. 일반적인 현시 체계는 다음과 같다.
녹색: 정규 속도로 진행. 다음 신호가 녹색 또는 황색을 표시할 것으로 예상.
황색: 다음 신호가 적색을 표시할 것으로 예상.
적색: 정지.

'''경로 신호'''와 '''속도 신호'''는 열차에게 분기점에 대해 알리는 두 가지 다른 방식이다.

'''경로 신호''' 방식에서는, 운전자는 각 신호기 너머로 열차가 어떤 경로로 진행할지 통보받는다.
'''속도 신호''' 방식에서는, 신호의 현시가 운전자에게 분기점을 통과할 수 있는 속도를 알려주지만, 반드시 열차가 갈 경로를 알려주는 것은 아니다.

3. 2. 분기기 및 선로전환기

분기기는 선로가 두 방향으로 분리되거나 합쳐지는 부분을 말하며, 선로전환기는 그러한 분기기의 방향을 변환시키는 기기를 말한다.^[1]

3. 3. 궤도 회로

궤도 회로는 레일을 전기 회로의 일부분으로 사용하여 선로 위를 달리는 열차를 검지하는 장치이다.^[1]

궤도 회로는 노선 구간의 점유 여부를 확인하는 가장 일반적인 방법이다. 각 구간의 양쪽 끝에 있는 레일은 다음 구간과 전기적으로 절연되어 있으며, 한쪽 끝의 두 개 주행 레일에 전기가 공급된다. 다른 쪽 끝의 릴레이는 두 레일에 모두 연결되어 있다. 구간이 비어 있으면 릴레이 코일이 전기 회로를 완성하여 전원이 공급된다. 그러나 열차가 구간에 진입하면 열차의 차축이 레일의 전류를 단락시켜 릴레이의 전원이 차단된다. 이 방법은 전체 열차가 구간을 떠났는지 명시적으로 확인할 필요가 없다. 열차의 일부가 구간에 남아 있으면 궤도 회로가 해당 부분을 감지한다.^[2]

이러한 유형의 회로는 열차의 부재를 감지하여 신호 표시를 설정하고 다양한 연동 기능을 제공한다. 예를 들어, 열차가 접근하는 동안 분기기가 움직이지 않도록 방지한다. 또한 전기 회로는 해당 경로를 보호하는 신호가 해제되기 전에 분기기가 적절한 위치에 잠겨 있는지 확인한다. 영국 열차와 궤도 회로 블록 구역에서 작업하는 직원은 궤도 회로 작동 클립 (TCOC)을 휴대하여 인접한 주행선에 이물질이 발생한 경우 궤도 회로를 단락시킬 수 있다. 이렇게 하면 접근하는 열차가 신호수에게 경고를 받기 전에 해당 선을 보호하는 신호가 '위험' 상태로 전환되어 정지하게 된다.^[2]

3. 4. 폐색 장치

열차는 충돌이나 추돌 사고를 방지하기 위해 항상 일정한 간격을 유지하며 운행해야 하는데, 이러한 열차 운행 제어를 위한 장치를 폐색 장치라고 한다. 폐색 장치는 대체로 역과 역 사이에 설치되어 있다.

열차가 동시에 같은 구간을 점유할 수 없도록 하면 열차는 서로 충돌하지 않는다. 이 때문에 철도에서는 노선을 '''폐색'''이라고 부르는 구간으로 분할한다. 일반적으로 한 대의 열차만 하나의 폐색 구간에 진입하는 것이 허용되며, 이것이 대부분의 철도 안전 시스템의 기본이 된다.

복선 철도 노선에서는 각 선로에서 한 방향으로 열차를 운행할 수 있으므로, 추돌을 방지하기 위해 각 열차 간에 충분한 간격을 두어야 한다. 철도 초창기에는 직원(초기에는 경찰관 출신을 고용했기 때문에 폴리스맨(policemen) 또는 오피서(officer)라고 불렸다)이 선로를 따라 일정 간격으로 배치되어, 스톱워치를 가지고 선행 열차가 통과한 후 일정 시간이 경과했는지를 통과하는 열차의 운전사에게 수신호로 전달했다. 이 방식은 시격법(time interval working)이라고 불렸다. 선행 열차 통과 후 짧은 시간 내에 후속 열차가 통과하는 경우에는 속도를 늦춰 간격을 두게 했다.

계시하는 직원은 선행 열차가 해당 구간을 통과했는지 여부를 알 수 있는 수단이 전혀 없었고, 선행 열차가 어떤 이유로 정차해 버린 경우, 후속 열차의 승무원은 그것을 보지 않는 한 알 수 없었다. 그 결과, 초기 철도에서는 사고가 빈번했다. 전신이 발명되면서 역무원이나 신호 취급소의 직원은 열차가 통과하여 해당 구간이 개통되었음을 알리는 메시지를 전달할 수 있게 되었다. 이 시스템이 폐색이다.^[1]

1830년대부터 수신호 대신 고정된 기계식 신호기가 사용되었다. 신호기는 처음에는 각각 조작되었지만, 나중에는 일정 범위의 신호기 조작 레버를 신호 취급소에 통합하여 처리하는 것이 일반적이 되었다. 열차가 구간에 진입하면 신호수는 해당 구간의 신호기를 조작하여 정지 현시로 한다. 열차가 통과했음을 알리는 메시지가 오면, 신호수는 신호기를 진행 현시로 되돌린다.

폐색 방식은 1850년대부터 1860년대에 걸쳐 서서히 보급되었고, 아마 철도 참사를 비롯한 여러 열차 사고를 겪은 영국 의회가 1889년에 규제 법안을 제정하여 법적으로 강제 적용되면서 영국에서 의무화되었다. 이 법률은 모든 여객 열차에 폐색 방식을 사용하도록 의무화했으며, 연동 장치도 의무화되었다. 이러한 장치는 현대 철도의 기본적인 보안 장치가 되었다. 거의 동시기에 미국에서도 유사한 규제가 이루어졌다.

모든 폐색 방식이 신호기에 의해 보안되었던 것은 아니다. 교통량이 적은 단선 구간에서는 통표(토큰)를 각 열차의 운전사가 휴대하여, 해당 통표를 소지하고 있는 것이 해당 구간에 진입할 권한이 있음을 보증하는 방식이 사용되었다.

열차가 폐색 구간에 진입하기 전에, 신호수는 해당 구간에 다른 열차가 없음을 보장해야 한다. 열차가 폐색 구간을 통과하면, 신호수는 열차 통과를 해당 폐색 구간 담당 신호수에게 통보한다. 선행 열차가 통과했음을 미리 알고 있더라도, 신호수는 다음 열차를 진입시킬 때 다시 진입 허가를 받아야 했다. 열차가 폐색 구간을 벗어날 때, 신호수는 열차 통과 보고 전에 열차의 후미 표지를 확인해야 한다. 후미 표지를 확인함으로써, 열차 분리가 발생하여 해당 구간에 차량 일부가 잔류하지 않음을 보장한다. 후미 표지는 주간에는 흰색 원반, 야간에는 점등 또는 점멸하는 빨간색 램프였다. 신호수가 후미 표지가 부착되어 있지 않음을 확인한 경우, 신호수는 다음 신호 취급소에 연락하여 해당 열차를 정지시키고 조사하도록 했다.

허용 폐색 방식에서는 전방 폐색 구간에 열차가 운행 중임을 신호기가 표시하고 있어도, 후속 열차가 그 구간에서 선행 열차를 보면 언제든지 정지할 수 있는 정도의 저속으로 진입하는 것이 허용된다. 이 방식은 경우에 따라 효율을 개선할 수 있기 때문에 사용되었으며, 주로 미국에서 사용되었다. 많은 국가에서는 화물 열차에 적용이 한정되었으며, 시계에 따라 이 방식의 적용이 제한되었다.

허용 폐색 방식은 정지 현시의 신호기에서 대기하고 일정 시간이 지나도 운전사가 신호수와 연락을 취할 수 없거나, 신호수가 전신의 고장 등으로 인해 다음 신호 취급소와 연락을 취할 수 없는 등의 긴급 시에도 사용되었다. 이 경우, 열차는 20mph 이하의 매우 저속으로 진행하여 장애물을 발견하는 즉시 정지할 수 있도록 규정되어 있었다. 안개나 눈이 오는 경우 등 시계가 좋지 않을 때는 이 조치가 금지되었다.

절대 폐색 방식에서는 원칙적으로 그런 일은 없지만, 복수의 열차가 1개의 폐색 구간에 허가를 얻어 진입하는 경우도 있다. 이것은 역에서 열차를 분할하거나 병합하거나, 고장난 열차를 구원할 때 필요하다. 이러한 진입 허가를 할 때, 신호수는 운전사에게 전방의 상황을 전달하고, 운전사는 그것을 고려하여 안전하게 운전한다. 통상 신호기는 정지 현시 상태로, 운전사는 구두로 전방 열차의 상황을 설명받고 진행 허가를 얻는다. 연결 작업을 하는 역 등, 일상적으로 다른 열차가 운행 중인 폐색 구간에 열차를 진입시킬 필요가 있는 장소에서는 유도 신호기라고 불리는 종속 신호기가 사용될 수 있다.

3. 5. 연동 장치

신호기, 선로전환기, 궤도 회로 등의 장치를 기계적, 혹은 전기적으로 동작시키거나 소프트웨어로 구현하여 상호 연쇄하여 동작하도록 하는 장치이다. 열차가 정거장 구내에서 안전하고 신속하게 운행하거나 입환을 하는 것을 목적으로 한다.^[3]

철도 초창기에는 열차 진행 전에 신호수가 전철기(미국: 스위치)가 올바르게 설정되었는지 확인해야 했다. 그러나 실수는 때때로 사망자를 발생시키는 사고로 이어졌다. 안전을 개선하기 위해 전철기 스위치, 신호 및 기타 장치의 기계적 연동 장치 개념이 도입되었다. 이는 신호수가 하나 이상의 전철기가 경로에 맞게 올바르게 설정되지 않은 상태에서 신호를 해제하는 등 기계적 수단을 사용하여 안전하지 않은 순서로 장치를 조작하는 것을 방지한다. 초기 연동 장치 시스템은 신호 장치를 작동시키고 안전한 작동을 보장하기 위해 기계 장치를 사용했다.

1930년대부터 전기 릴레이 연동 장치가 사용되었다. 1980년대 중반 이후 새로운 연동 장치 시스템은 반도체 연동 장치와 같은 전자식으로 발전하는 경향을 보였다. 마이크로프로세서는 허용 가능한 전철기 스위치 움직임을 결정한다. 현대 연동 장치 시스템과 하위 시스템은 열차 안전을 강화하기 위해 특정 전철기 스위치 위치를 허용하거나 금지한다.

분기기나 신호기 등 서로 관련된 장치의 동작을 연결하는 연동 장치는 그러한 실수를 방지하고 안전성을 향상시키기 위해 도입되었다. 이를 통해 개통되지 않은 진로의 신호기에 진행 현시를 내는 오류를 방지할 수 있게 되었다. 예를 들어, 역에서 열차의 출발을 허가하는 신호기를 진행으로 바꾸기 위해서는 그 진로상의 분기기가 모두 올바른 방향으로 전환되어야 하며, 일단 출발을 허가하는 신호가 나오면, 그 분기기를 사용하는 다른 진로에 대해서는 일절 진행 허가를 낼 수 없도록 쇄정(록)된다. 이로 인해 신호 취급자가 잘못된 지시를 내려고 해도 연동 장치가 이를 받아들이지 않아 사고를 방지할 수 있다.

초기 연동 장치는 신호기나 분기기의 조작과 안전성 보증을 기계적으로 수행했다. 1930년대부터 릴레이를 사용한 연동 장치가 사용되었다. 1980년대 후반부터 전자 기술을 활용한 다양한 연동 장치가 등장하고 있다.

4. 안전 설비

복선 철도 노선에서는 각 선로에서 열차가 한 방향으로 운행하게 되면서 열차 간 충돌을 방지하기 위해 충분한 간격을 유지해야 했다. 철도 초기에는 사람들이 스톱워치를 사용하여 열차 운전자에게 열차가 일정 시간 전에 통과했음을 손 신호로 알렸다. 이를 "시간 간격 방식"이라고 불렀다. 만약 열차가 아주 최근에 통과했다면, 뒤따르는 열차는 더 많은 공간을 확보하기 위해 속도를 늦추도록 하였다.

그러나 이 방식은 앞선 열차가 선로를 벗어났는지 알 수 없었기 때문에 사고가 빈번했다. 전기 전신의 발명으로, 역 또는 신호소의 직원이 열차가 통과했고 특정 구간이 비어 있음을 확인하기 위해 메시지(보통 벨의 특정 횟수 울림)를 보낼 수 있게 되었다. 이것을 "절대 블록 시스템"이라고 불렀다.

1830년대부터 고정식 기계 신호가 수신호를 대체하기 시작했다. 초기에는 지역적으로 작동되었지만, 나중에는 신호소에 함께 묶인 레버를 사용하여 특정 블록의 모든 신호를 작동하는 것이 일반적인 관행이 되었다. 열차가 블록으로 진입하면 신호원은 해당 블록의 신호를 '위험'으로 설정하여 보호했다. '통과' 메시지를 받으면 신호원은 신호를 '통과' 위치로 이동시켰다.

아마 철도 참사와 같은 여러 사고 이후, 영국 의회는 1889년에 법률을 통과시켜 영국에서 절대 블록 시스템이 의무화되었다. 이 법률은 모든 여객 철도에 블록 신호 방식과 연동을 요구했으며, 이는 오늘날 현대 신호 방식의 기초를 형성한다. 비슷한 법률이 같은 시기에 미국에서도 통과되었다.

모든 블록이 고정 신호를 사용하여 제어되는 것은 아니다. 영국 내 일부 단선 철도, 특히 사용량이 적은 곳에서는 일반적으로 고정 신호 외에 열차 운전자가 선로를 점유할 수 있는 권한으로 고유한 토큰을 물리적으로 소지하는 토큰 시스템을 사용한다.

4. 1. 건널목 보안 장치

철도 건널목의 안전을 위해 필요한 장치들을 말한다.

4. 2. 열차 자동 정지 장치 (ATS)

열차 자동 정지 장치(ATS)는 열차가 지상 신호기의 속도 제한을 무시하고 운행할 때 열차를 자동으로 정지시키는 장치이다.^[1] 신호를 무시하고 열차가 계속 운행하면 큰 사고로 이어질 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 여러 보안 장치가 고안되었다.^[2]

ATS는 지상 장치와 차상 장치의 조합으로 작동한다.^[3] 지상 장치는 선로변에 설치되어 열차에 신호 정보를 전달하고, 차상 장치는 이 정보를 수신하여 열차의 속도를 제어한다.^[4] 시스템에 따라 운전석에 시각적, 청각적 경고를 보내거나, 운전자가 반응하지 않으면 자동으로 브레이크를 작동시키기도 한다.^[5] 더 나아가 운전자 조작 없이 자동으로 열차를 운행하는 시스템도 있다.^[6]

ATS는 신호기 통과 시점뿐만 아니라, 곡선이나 분기기 통과 시 제한 속도를 지키도록 하는 데에도 사용된다.^[7] 특히 안개 등으로 시야가 좋지 않을 때 유용하며, 사고 방지를 위해 필수적인 장치로 여겨진다.^[8]

일부 ATS 시스템은 기계식 속도 제어 시스템을 사용하여 열차가 특정 속도로 운행하도록 강제한다.^[9] 이 시스템은 선로에 설치된 열차 정지 장치를 통해 작동하는데, 열차가 너무 빨리 달리면 이 장치가 열차의 브레이크를 작동시켜 정지시킨다.^[10] 일반적으로 열차가 특정 지점에 도달하면 타이머가 작동하고, 타이머가 만료되면 열차 정지 장치가 내려와 열차가 통과할 수 있게 된다. 이러한 시스템은 열차가 정해진 속도로 운행하도록 하여 신호 간격을 좁힐 수 있게 해주므로, 철도 노선의 수송 용량을 늘리는 데 도움이 된다.

무어게이트 지하철 사고와 같이 종착역에서 열차가 완충 장치와 충돌하는 것을 방지하기 위해 ATS가 사용되기도 한다. 과거 시드니 시티 서클 철도에서는 1932년부터 1990년대 초까지 ATS를 사용하여 각 방향으로 시간당 42대의 열차가 운행될 수 있도록 하였다.

5. 열차 운행 관리 및 제어 시스템

열차 운행 관리 및 제어 시스템은 열차 운행을 효율적으로 관리하고 제어하는 데 필수적인 요소들이다. 이러한 시스템은 열차의 안전 운행을 보장하고, 선로 용량을 극대화하여 더 많은 열차를 운행할 수 있도록 돕는다.

열차 집중 제어 장치 (CTC): 중앙 관제실에서 열차 운행을 감시하고 제어하는 시스템으로, 이전에는 지역 신호 운영자나 열차 승무원이 수행했던 열차 경로 결정을 통합한다. CTC는 CTC 구역으로 지정된 철도 시스템의 일부에서 철도 연동 장치 및 교통 흐름을 제어하는 중앙 열차 관제 사무실로 구성된다.^[3]
열차 자동 제어 장치 (ATC): 열차가 궤도 회로로부터 속도 정보를 받아 허용 속도를 초과하면 자동으로 제동을 걸어 속도를 줄이는 시스템이다.^[3]
이동 폐색: 열차의 이동에 따라 폐색 구간도 이동하며, 주행 속도에 따라 폐색 구간이 늘어나거나 줄어드는 방식이다. 컴퓨터는 각 열차에 대해 다른 열차가 진입할 수 없는 범위를 계산하며, 선로나 차량에 설치된 센서, 타코미터, 속도계 등으로 열차의 위치, 속도, 방향을 파악한다. GPS는 지하선이나 터널에서는 사용할 수 없다. 이동 폐색은 측방 신호기 없이 열차에 직접 지시를 전달하여 선로 용량을 증대시킨다.

5. 1. 열차 집중 제어 장치 (CTC)

열차 집중 제어 장치(CTC)는 중앙 관제실에서 열차 운행을 감시하고 제어하는 시스템이다. 이전에는 지역 신호 운영자나 열차 승무원이 수행했던 열차 경로 결정을 통합한다. 이 시스템은 CTC 구역으로 지정된 철도 시스템의 일부에서 철도 연동 장치 및 교통 흐름을 제어하는 중앙 열차 관제 사무실로 구성된다.^[3]

'''경로 신호'''와 '''속도 신호'''는 열차에게 분기점에 대해 알리는 두 가지 다른 방식이다.

'''경로 신호''' 방식에서는 운전자는 각 신호기 너머로 열차가 어떤 경로로 진행할지 통보받는다. 이는 신호기에 부착된 ''경로 지시자''를 통해 이루어진다. 운전자는 선로변에 고정된 속도 제한 표지판을 통해 강화된 경로 지식을 활용하여, 진행할 경로에 맞는 속도로 열차를 운전한다. 이 방식은 운전자가 응급 상황으로 인해 우회하게 된 분기점에서의 요구 속도에 익숙하지 않을 수 있다는 단점이 있다. 이로 인해 여러 사고가 발생했다.^[3]

'''속도 신호''' 방식에서는 신호의 현시가 운전자에게 분기점을 통과할 수 있는 속도를 알려주지만, 반드시 열차가 갈 경로를 알려주는 것은 아니다. 속도 신호는 경로 신호보다 훨씬 더 다양한 신호 현시가 필요하지만, 운전자의 경로 지식에 대한 의존도는 줄어든다.

많은 시스템에서 운전자에게 가능한 한 많은 정보를 제공하기 위해 두 시스템의 요소를 모두 사용하게 되었다.

열차가 주 본선 속도보다 훨씬 낮은 속도로 운행해야 하는 분기 경로로 진입하는 경우, 기관사에게 충분한 사전 경고를 제공해야 한다. ''경로 신호''에서는 ''접근 해제''라고 하는 시스템이 자주 사용된다. ''속도 신호''에서는 분기점에 접근하는 신호가 열차 속도를 제어하는 데 적합한 현시를 표시하므로 ''접근 해제''가 필요하지 않다.

영국에서는 열차가 더 높은 속도로 분기 경로에 접근할 수 있도록 하는 ''점멸 황색'' 시스템도 있다. 4현시 시스템에서 분기점을 통과하는 경로가 깨끗한 경우 분기 신호는 선택된 경로를 표시하는 조명된 분기점 표시기와 함께 단일 ''점멸 황색'' 현시를 표시한다.^[4]

5. 2. 열차 자동 제어 장치 (ATC)

열차 자동 제어 장치(ATC)는 열차가 현재 점유하고 있는 궤도 회로로부터 속도 정보를 받아, 해당 구간에서 허용되는 최대 속도를 파악한다. 만약 열차의 실제 속도가 허용 속도를 초과하면 자동으로 제동이 걸려 속도를 줄이는 방식으로 작동한다.^[3]

대부분의 블록은 "고정"되어, 두 지점 사이의 선로 구간을 포함한다. 시간표, 열차 운행 명령, 토큰 기반 시스템에서는 역에서 블록이 시작하고 끝난다. 신호 기반 시스템에서는 신호에서 시작하고 끝난다. 블록 길이는 열차 운행 빈도에 맞춰 설계된다. 사용량이 적은 노선은 블록 길이가 수 킬로미터에 달할 수 있지만, 혼잡한 노선은 수백 미터에 불과할 수 있다.

열차는 신호가 진행을 나타내거나, 관제사 또는 신호수가 지시하거나, 운전자가 토큰을 소지할 때까지 블록에 진입할 수 없다. 대부분의 경우, 열차는 블록 자체뿐만 아니라 열차를 정지하는 데 필요한 거리만큼 블록 너머에도 빈 구간이 있을 때까지 진입할 수 없다.

블록 크기(신호 간 간격) 계산 시 고려 사항은 다음과 같다.

선로 속도 (선로 구간의 최대 허용 속도)
열차 속도 (다양한 열차 유형의 최대 속도)
구배 (제동 거리 보상)
열차의 제동 특성 (열차 유형별 관성 수치)
시야 (운전자의 신호 가시 거리)
반응 시간 (운전자의)

역사적으로 일부 노선은 특정 대형/고속 열차가 다른 규칙에 따라 신호를 받고, 열차 앞 두 블록이 비어 있을 때만 통행 권한을 부여받도록 운영되었다.

'''경로 신호'''와 '''속도 신호'''는 열차에게 분기점에 대해 알리는 두 가지 방식이다.

'''경로 신호''': 운전자는 각 신호기 너머로 열차가 어떤 경로로 진행할지 통보받는다. 운전자는 선로변 속도 제한 표지판을 통해 강화된 경로 지식을 활용하여, 경로에 맞는 속도로 운전한다. 단점은 운전자가 우회 분기점의 요구 속도에 익숙하지 않을 수 있다는 것이다.
'''속도 신호''': 신호 현시가 운전자에게 분기점 통과 가능 속도를 알려주지만, 경로는 알려주지 않는다. 속도 신호는 다양한 신호 현시가 필요하지만, 운전자의 경로 지식 의존도는 줄어듭니다.

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많은 시스템은 두 시스템의 요소를 모두 사용한다. 속도 신호 시스템이 속도 현시와 함께 경로 표시를 사용할 수 있다.

열차가 주 본선 속도보다 낮은 속도로 운행해야 하는 분기 경로로 진입하는 경우, 기관사에게 충분한 사전 경고를 제공해야 한다.

'''경로 신호'''에서는 ''접근 해제'' 시스템이 사용된다. 분기 신호를 제한적 현시(주로 ''정지'')로 유지하여 접근 신호에 올바른 주의 현시 시퀀스가 표시되도록 한다. 기관사는 분기 경로 설정 여부를 모른 채 주의 현시에 따라 감속한다. 열차가 분기 신호에 접근하면 신호 현시는 전방 선로 점유 상황에 따라 바뀔 수 있다.
'''속도 신호'''에서는 분기점 접근 신호가 열차 속도 제어에 적합한 현시를 표시하므로 ''접근 해제''가 필요하지 않다.

영국에서는 열차가 더 높은 속도로 분기 경로에 접근할 수 있도록 ''점멸 황색'' 시스템도 있다. 기관사에게 전방 경로가 분기 선로로 설정되었음을 알린다. 4현시 시스템에서 분기점 통과 경로가 깨끗하면 분기 신호는 조명된 분기점 표시기와 함께 단일 ''점멸 황색'' 현시를 표시한다.^[4]

분기 신호 전 신호는 ''단일 점멸 황색'', 그 전 신호는 ''두 개의 점멸 황색'' 현시를 표시한다. 기관사의 경로 지식은 분기점 통과 허용 속도를 알려주며, ''두 개의 점멸 황색''을 보면 감속을 시작한다. 점멸 신호는 기관사에게 분기점 통과 경로가 설정되고 깨끗하지만, 그 너머 첫 신호가 ''적색''이므로 정지할 준비를 해야 함을 알린다.

''점진적인 속도 신호''는 주의 신호에 속도 제한을 가하는 시스템이다. 점진적인 속도 신호가 없으면 적색 신호 경고 신호 현시는 운전자가 조치를 취하도록 강제하지 않는다. 점진적인 속도 신호에서는 적색 신호 전 각 주의 신호 현시가 운전자에게 순차적으로 더 낮은 속도 제한을 부과한다.^[5]

5. 3. 이동 폐색

이동 폐색 방식에서는 열차의 이동에 따라 폐색 구간도 이동하며, 주행 속도에 따라 폐색 구간도 늘어나거나 줄어든다. 컴퓨터는 각 열차에 대해 다른 열차가 진입할 수 없는 범위를 계산한다. 이 시스템은 각 열차의 현재 정확한 위치, 속도, 진행 방향을 파악할 수 있다는 것을 전제로 설계되었으며, 선로나 차량에 설치된 다양한 센서, 타코미터, 속도계 등에 의해 계측된다. GPS는 지하선이나 터널 안에서는 측정 불가능하므로 사용할 수 없다. 이동 폐색에서는 측방 신호기는 불필요하며, 지시는 열차에 직접 전달된다. 이를 통해 안전상 필요한 최소한의 간격을 유지하면서 최대한 열차를 접근시켜 운행할 수 있게 되어 선로 용량을 증대시킨다.

고정 폐색을 사용하는 것의 단점은 고속 열차가 브레이크 거리가 길어져 더 긴 폐색 구간을 점유하여 선로 용량을 저하시키는 경우가 있다는 것이다.

이동 폐색은 CBTC에도 채용된다.

이동 폐색은 런던의 도클랜즈 경전철(Docklands Light Railway)이나 뉴욕의 카나시 L선(Canarsie "L" Line) 등에서 사용되고 있으며, 주빌리 선에서도 사용할 계획이 있다. 영국의 웨스트 코스트 간선(West Coast Main Line) 현대화에서도 이동 폐색을 채용하여 최고 속도를 시속 140마일까지 올릴 계획이었으나, 충분히 성숙된 기술이 아니라고 판단된 점과 다른 선과의 접속점이 많은 점 등으로 인해 계획은 단념되었다. 이동 폐색은 ERTMS의 ETCS level 3에서도 사양에 포함되어 있으며, 이 사양에서는 열차는 브레이크 거리만큼의 간격으로 선행 열차에 후속하여 운행할 수 있게 되어 있다.

일본에서는 JR 동일본에서 무선식 이동 폐색 제어를 실용화하여, 무선에 의한 열차 제어 시스템 「ATACS」를 2011년 봄부터 센세키 선아오바도리역-히가시시오가마역 구간에 도입한다고 발표했다.

6. 열차 위치 검지 기술

열차가 안전하게 운행하려면 서로 충돌하지 않도록 열차의 위치를 정확히 파악하는 것이 중요하다. 이를 위해 철도 노선은 '블록'이라고 하는 구간으로 나뉘며, 각 블록에는 한 번에 하나의 열차만 허용된다. 이러한 블록 시스템은 대부분의 철도 안전 시스템의 기초를 이룬다.^[1]

블록은 크게 고정 블록과 이동 블록으로 나뉜다. 고정 블록은 선로를 따라 고정된 지점 사이의 구간을 의미하며, 시간표, 열차 운행 명령, 토큰 기반 시스템에서는 역에서 시작하고 끝나며, 신호 기반 시스템에서는 신호에서 시작하고 끝난다. 이동 블록은 컴퓨터가 각 열차 주변에 다른 열차가 진입할 수 없는 안전 구역을 계산하는 방식으로, 열차의 정확한 위치, 속도, 방향을 파악하여 작동한다.

블록의 길이는 열차 운행 빈도에 따라 달라진다. 사용량이 적은 노선은 블록 길이가 수 킬로미터에 달할 수 있지만, 혼잡한 통근 노선은 수백 미터에 불과할 수 있다. 블록의 크기를 계산할 때는 선로 속도, 열차 속도, 구배, 열차의 제동 특성, 시야, 운전자의 반응 시간 등을 고려해야 한다.

열차는 신호가 진행해도 좋다는 것을 나타내거나, 관제사 또는 신호수가 운전자에게 지시하거나, 운전자가 해당 토큰을 소지할 때까지 블록에 진입할 수 없다. 대부분의 경우, 열차가 블록에 진입하려면 블록 자체뿐만 아니라 열차를 정지하는 데 필요한 거리만큼 블록 끝 너머에도 빈 구간이 있어야 한다.

열차 위치 검지 기술에는 궤도 회로와 차축 계수기 등이 있다.^[1]

6. 1. 궤도 회로

궤도 회로는 선로의 레일을 전기 회로의 일부분으로 사용하여 열차의 위치를 검지하는 장치이다.

궤도 회로는 열차가 해당 구간에 있는지 여부를 검지하는 일반적인 방법이다. 각 구간의 주행용 레일은 다른 구간과 전기적으로 절연되어 있으며, 구간의 한쪽 끝에서 레일에 전류를 흘린다. 반대쪽 끝에는 릴레이가 설치되어 있다. 열차가 없을 경우, 릴레이에 의해 전류 회로가 형성되어 릴레이가 동작한다. 열차가 해당 구간에 진입하면 열차의 차축이 회로를 단락시켜 전류가 릴레이로 흐르지 않게 되어 릴레이가 떨어진다.^[1]

이 방식에서는 열차 전체가 구간을 벗어났음을 명시적으로 확인할 필요가 없다. 열차의 일부가 분리되어 구간에 남아 있더라도, 그 차량은 궤도 회로에 의해 계속 검지되기 때문이다.^[2]

이 회로는 신호 현시 외에도 다양한 연동 목적으로 사용된다. 예를 들어, 분기기 위에 열차가 있을 때 분기기가 전환되지 않도록 방지하는 데 사용된다. 또한, 전기 회로는 신호기에 진행 현시를 내보내기 전에 관련 분기기가 올바르게 개통되었는지 확인하는 데에도 사용된다. 궤도 회로 방식을 사용하는 구간에서 보선 담당자 등은 궤도 단락기를 휴대하여, 궤도 결함 발견 시 양쪽 레일을 단락시킨다. 이를 통해 해당 구간의 신호기는 정지 현시로 바뀌어, 신호수에게 연락하는 것보다 빠르게 사고 발생을 방지할 수 있다.

6. 2. 차축 계수기

차축 계수기는 선로의 특정 구간에 진입하고 나가는 차축의 수를 세어 열차의 유무를 판단하는 장치이다.^[1] 궤도 회로와 비슷한 기능을 수행하지만, 몇 가지 다른 특징을 가진다.

차축 계수기는 습도가 높은 환경에서 궤도 회로보다 긴 구간을 감지할 수 있다는 장점이 있다. 이는 매우 긴 궤도 회로에서는 자갈 궤도 자체의 전기 저항이 낮아져 감지 정밀도가 떨어지기 때문이다.

하지만 궤도 회로는 레일 파손 등 궤도 자체의 문제도 함께 검출할 수 있지만, 차축 계수기는 그렇지 않다는 단점이 있다. 또한 정전 후 전력 공급이 재개되어도 차축 계수기 방식에서는 궤도의 재선 상태가 불확실한 상태로 남아, 해당 구간을 열차가 통과해야만 보증할 수 있다. 반면 궤도 회로는 전원 복구 즉시 궤도의 재선 상태가 확정된다.^[2]

7. 차내 신호 방식

차내 신호는 운전 위치, 속도 및 고장 알림과 같은 신호 정보를 열차 운전실로 전달하는 하위 시스템이다.^[6] 차내 신호 장치는 현대 열차 신호 시스템에서 중요한 인간 공학적 하위 시스템이다.

활성 차내 신호가 있는 경우, 열차의 방향이 결정된다. 즉, 활성 차내 신호 측면이 열차의 전면으로 간주된다. 최신 시스템에서는 열차 보호 시스템이 차내 신호 시스템 위에 겹쳐져 있으며, 운전자가 시스템의 안전 요구 사항에 따라 열차 속도를 제어하지 못하면 자동으로 브레이크를 작동시키고 열차를 정지시킨다.^[6] 차내 신호 시스템은 속도계, 가속도계, 초광대역 장치, 관성 측정 장치, 궤도 회로, 차내 신호와 통신하는 트랜스폰더 및 통신 기반 열차 제어 시스템에 의존한다.

최신 시스템에서는 전방의 진로 개통 상황이 전기적으로 차량에 전달되어 운전대 디스플레이에 항상 표시되며, 정지 신호를 넘어가면 자동으로 브레이크가 걸리도록 되어 있다.

8. 운행 규정

철도 안전 운행을 위한 규칙 및 절차는 국가별, 철도 회사별로 다양하지만, 그 목적은 열차 운행의 안전을 확보하는 데 있다.

호주에서는 운행 규정을 "안전 작업(safeworking)"이라고 부르며, 특정 지역 또는 위치에 대한 "작업 방법"은 해당 지역의 "안전 작업 시스템"이라고 불린다. 주마다 운행 규칙이 다르지만, 국가 표준을 만들기 위한 노력이 진행 중이다.^[8]

북아메리카, 특히 미국에서는 운행 규정을 "운행 방식(method of operation)"이라고 부른다. 북미에는 다음과 같은 주요 운행 규칙이 있다.^[8]

운행 규칙	설명
캐나다 철도 운행 규칙(CROR)	대부분의 캐나다 철도에서 사용. 캐나다 국립 철도의 미국 운영 부서는 GCOR의 수정된 자체 버전(USOR, United States Operating Rules) 사용.
일반 운행 규칙(GCOR)	미국의 많은 1급 철도, 2급 철도, 단선 철도에서 사용.
북동부 운행 규칙 자문 위원회(NORAC)	미국 북동부의 많은 철도에서 사용.
노퍽 서던(Norfolk Southern) 고유 규칙	1급 철도 회사인 노퍽 서던에서 사용.
CSX 교통(CSX Transportation) 고유 규칙	1급 철도 회사인 CSX 교통에서 사용.

영국의 철도 운영 규칙은 "GE/RT8000 규칙서"^[7]라고 불리며, 철도 직원들 사이에서는 흔히 "규칙서"로 통용된다. 이 규칙서는 레일 안전 및 표준 위원회(RSSB)에서 관리하며, 네트워크 레일 또는 다른 열차 운행 회사나 화물 운송 회사와 독립되어 있다. 대부분의 유산 철도는 영국 철도 규칙서의 단순화된 변형을 적용하여 운영된다.^[7]

핀란드의 철도망에서 사용되는 신호 시스템은 색등 신호와 고정 표지로 구성되어 있으며, 자동 열차 제어 시스템인 EBICAB 900(junakulunvalvonta|JKV^fi)과 함께 사용된다.

이탈리아의 철도 신호는 ''Regolamento Segnali'' (''신호 규정'')이라는 특별 지침에 설명되어 있다.

인도의 운영 규칙은 "일반 규칙"이라고 불리며, 인도 철도의 모든 지역 철도에 공통적으로 적용된다. 자회사 규칙은 일반 규칙에 위배되지 않는 범위 내에서 지역 철도에서 추가되며, 수정 슬립을 통해 수시로 변경된다.^[8]

일본의 철도 신호는 초기에 영국의 철도 신호 방식을 기반으로 하였으며, 분기점 진로 신호 시스템을 기반으로 한다. 그러나 신호가 시스템의 요구 사항을 충족하도록 발전하면서 분기점 외에서는 점진적인 속도 신호가 사용된다.

홍콩의 철도 신호는 영국 철도 신호 원칙에서 비롯되었으며,^[9] 운영 기관인 MTR(홍콩 철도)에서 규칙 및 절차를 개발하기 위한 원칙에 따라 계속 발전하고 있다.

참조

_[1] 웹사이트 Subset-023 Glossary of Terms and Abbreviations (issue 3.1.0) https://www.era.euro[...] ERTMS USERS GROUP 2014-05-12
_[2] 웹사이트 Rulebook Master: Module M1 Section 3.1 "Dealing with a train accident or evacuation - Providing emergency protection" https://web.archive.[...] Network Rail 2017-02-12
_[3] 서적 Red for Danger: The Classic History of British Railway Disasters The History Press
_[4] 웹사이트 Online Rulebook: Signals, Handsignals, Indicators and SignsHandbook RS521 Section 2.5 "Flashing yellow aspects" https://web.archive.[...] RSSB
_[5] 서적 Railway Signalling Principles http://www.joernpach[...] 2021-10
_[6] 서적 Elements of Railway Signaling General Railway Signal Company
_[7] 웹사이트 The Rule Book https://web.archive.[...] RSSB
_[8] 웹사이트 General Rules, 1976 https://www.indianra[...] Ministry of Railways (Railway Board) 2019-03-29
_[9] 웹사이트 Hong Kong https://www.railsign[...]
_[10] 문서 사무엘·몰스가 발명한 부호와 실용적인 전신 기술은 1860년대에 확립되었고, 그레이엄·벨에 의한 전화의 실용화는 그로부터 10년 후인 1870년대에 이루어졌다.

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