철도운송

철도운송(철도운송이라고도 함)은 철로 위를 달리는 바퀴 달린 차량에 탑승객과 물품을 실어 나르는 수단으로서 선로에 위치한다. 준비된 평지에서 차량이 달리는 도로교통과는 달리 레일 차량(롤링 스톡)은 자신이 운행하는 선로에 의해 방향을 안내받는다. 트랙은 보통 밸러스트에 설정된 침로(타이)에 설치되는 강철 레일로 구성되며, 그 위에 보통 금속 바퀴가 장착된 롤링 스톡이 움직인다. 준비된 지표면에 놓여 있는 콘크리트 기초에 레일을 고정하는 "슬랩 트랙"과 같은 다른 변화도 가능하다.

철도 수송 시스템의 롤링 스톡은 일반적으로 고무 털의 도로 차량보다 마찰저항이 낮기 때문에 승용차와 화물차(마차와 마차)가 더 긴 열차에 결합될 수 있다. 이 운영은 철도 회사가 수행하며, 기차역이나 화물 고객 시설 간의 교통을 제공한다. 동력은 철도 전기화 시스템에서 전력을 끌어오거나 대개 디젤 엔진이나 역사적으로 증기 엔진으로 자체 전력을 생산하는 기관차에 의해 제공된다. 대부분의 트랙에는 신호 시스템이 수반된다. 철도는 다른 형태의 운송과 비교했을 때 안전한 육상 운송 시스템이다.^{[Nb 1]} 철도 운송은 높은 수준의 여객 및 화물 이용과 에너지 효율을 제공할 수 있지만, 낮은 교통 수준을 고려할 때 도로 운송에 비해 유연성이 떨어지고 자본 집약적인 경우가 많다.

가장 오래된 것으로 알려진 사람/동물 지배 철도는 그리스 코린트에서 기원전 6세기까지 거슬러 올라간다. 그 후, 철도 운송은 16세기 중반 독일에서 말동력 기구와 마차도로의 형태로 시작되었다. 현대의 철도 운송은 1802년 리처드 트레비딕이 증기 기관차를 운행하고 페니다렌 제철소와 애버시논 사이에 마차를 적재했을 때 영국의 메르히르 타이드필의 증기 기관차 개발로 시작되었다. 그래서 영국의 철도 시스템은 세계에서 가장 오래되었다. 조지 스티븐슨과 그의 아들 로버트의 회사인 로버트 스티븐슨과 컴퍼니에 의해 건설된 로코모션 1호는 1825년 공용 철도인 스톡턴과 달링턴 철도에 승객을 실어 나르는 최초의 증기기관차다. 조지 스티븐슨도 1830년 개통한 증기기관차, 리버풀, 맨체스터 철도만을 이용하는 세계 최초의 공공 도시 간 철도 노선을 건설했다. 증기기관으로 산업혁명의 핵심 요소였던 간선 철도를 건설할 수 있었다. 또한, 철도는 선박의 간헐적인 침몰에 직면했던 수상 운송에 비해 운송비를 줄이고, 분실물도 줄일 수 있었다. 운하에서 철도로의 변화는 도시마다 가격이 거의 변하지 않는 "전국 시장"을 가능하게 했다. 철도 네트워크의 보급과 철도 시간표의 이용은 그리니치 표준시에 근거한 영국의 시간(철도 시간)의 표준화로 이어졌다. 이에 앞서 주요 도시와 도시들은 GMT에 비해 현지 시간을 달리했다. 영국의 철도의 발명과 발전은 19세기의 가장 중요한 기술 발명품 중 하나였다. 세계 최초의 지하 철도인 메트로폴리탄 철도(런던 지하철의 일부)가 1863년에 개통되었다.

1880년대에는 전기화된 열차가 도입되어 전차로의 전기화와 급속한 교통체계가 이루어졌다. 1940년대부터 대부분의 국가에서 전기화되지 않은 철도는 그들의 증기 기관차를 디젤-전기 기관차로 대체했고, 그 과정은 2000년대까지 거의 완성되었다. 1960년대 동안, 전기화된 고속 철도 시스템은 일본에서 도입되었고, 이후 일부 다른 나라에서도 도입되었다. 많은 나라들이 디젤 기관차를 전기 기관차로 대체하는 과정에 있는데, 주로 환경 문제 때문인데, 네트워크를 완전히 전기화한 스위스가 눈에 띄는 예다. 모노레일이나 마글레브와 같은 전통적인 철도 정의 밖의 다른 형태의 유도 육상 운송은 시도되었지만 제한된 사용을 보아왔다.

자동차와 항공기의 경쟁으로 2차 세계대전 이후 감소세를 보인 데 이어 최근 수십 년 동안 도로 정체와 연료 가격 상승으로 철도 교통이 되살아났고, 지구 온난화에 대한 우려의 맥락에서 철도에 투자하는 정부들도 CO₂ 배출량을 줄이는 수단으로 철도에 투자하고 있다.

역사

철도 운송의 역사는 선사시대부터 시작되었다.

고대 제도

증거는 6~8.5km 길이의 디올코스 포장 선로가 있었다는 것을 보여준다. 이 선로는 기원전 600년경 그리스의 코린트 섬 이스트무스를 가로질러 배를 운송했다.^{[1][2][3][4][5]} 사람과 동물이 끄는 바퀴 달린 차량은 선로 요소를 제공하는 석회석 홈으로 달렸으며, 마차가 의도한 경로를 이탈하지 못하도록 했다. 디올코스는 적어도 AD 1세기까지 650년 이상 사용되어왔다.^[5] 포장된 선로 또한 나중에 로마 이집트에도 건설되었다.^[6]

중국에서 난양 인근의 허난성 남서부에서 철도가 발견됐다. 그것은 진 왕조의 약 2200년으로 탄소 연대기였다. 철도는 단단한 나무로 만들어 부식 방지 처리되었고, 철로 침목은 처리되지 않은 나무로 만들어졌으며 이후 썩은 나무로 만들어졌다. 진 철도는 말이 다음 철도역까지 질주할 수 있도록 설계되어 있었는데, 그곳에서 신선한 말과 교대하게 된다. 이 철도는 최전방 부대로의 물자 수송과 만리장성을 고치는 데 사용되었다는 이론이 있다.^{[7][unreliable source?]}

프리 스팀 현대 시스템

목재 레일 도입

1515년 마테우스 랑 추기경은 오스트리아 호헨살츠부르크 요새의 경전철인 레이슈그에 대한 설명을 썼다. 이 선은 원래 나무 난간과 삼베 운반 로프를 사용했으며, 트레드휠을 통해 사람이나 동물의 힘으로 작동했다.^[8] 이 노선은 업데이트된 형태로 운영되며 아마도 가장 오래된 운영 철도일 것이다.^[9]

목제 레일을 이용한 마차도로(또는 전차도로)는 1550년대부터 광산을 오가는 광석 통의 수송을 용이하게 하기 위해 나타나기 시작했고, 곧 유럽에서 인기를 끌었다. 그러한 수술은 1556년 게오르기우스 아그리콜라가 그의 작품인 De re metalica에 묘사한 것이다.^[10] 이 선은 나무 널빤지 위를 달리고 트럭에 달린 수직 핀이 달린 '훈트' 카트를 이용해 널빤지 사이의 틈새에 끼워져 올바른 길을 걷게 했다. 광부들은 선로 위에서 내는 소음 때문에 마차들을 훈드(Hunde)라고 불렀다.^[11]

16세기 중부 유럽에서는 이것들의 사용에 대한 많은 언급이 있다.^[12] 그러한 수송 시스템은 훗날 1560년대부터 아마도 영국 컴브리아 칼드벡의 독일 광부들에 의해 사용되었다.^[13] 리버풀 근처의 프레스콧에는 약 1600년경, 아마도 1594년경부터 마차가 건설되었다. 필립 레이튼 소유의 이 노선은 프레스콧 홀 근처의 구덩이에서 약 800m 떨어진 종착역까지 석탄을 운반했다.^[14] 1604년 전쯤에 Shropshire의 Brosley에서도 철도가 만들어졌다. 이것은 제임스 클리포드가 탄광에서 세번 강까지 석탄을 운반하여 바지선에 싣고 강변 마을로 운반하였다.^[15] 1604년 헌팅돈 보몽에 의해 완공된 월라톤 웨건웨이는 때때로 최초의 영국 철도로 잘못 인용되기도 했다. 그것은 스트렐리에서 노팅엄 근처의 월라톤까지 달렸다.^[16]

1758년에 건설된 리즈의 미들턴 철도는 비록 지금은 업그레이드된 형태지만, 후에 세계에서 가장 오래된 운영 철도(후니콜라 이외의 철도)가 되었다. 1764년 미국 최초의 철도가 뉴욕주 르위스톤에 건설되었다.^[17]

금속 레일 도입

1760년대 후반, 콜브룩데일 회사는 주철 판을 나무 레일 윗면에 고정시키기 시작했다. 이를 통해 게이지의 변화를 사용할 수 있었다. 처음에는 풍선 루프만 회전을 위해 사용할 수 있었지만, 나중에는 전환이 가능한 가동 지점을 사용하게 되었다.^[18]

L자 모양의 금속판에 바퀴를 달지 않는 시스템이 도입되었다. 이러한 바퀴는 판로라고 알려지게 되었다. 셰필드 콜리어리 매니저인 존 커는 1787년에 이 플랜지 레일을 발명했지만 정확한 날짜는 논란의 여지가 있다. 판난간은 벤자민 아우트람이 운하를 서비스하는 마차도로를 위해 가져갔고, 그의 버터리 제철소에서 그것들을 제조했다. 1803년 윌리엄 제솝은 때때로 세계 최초의 공공철도로 잘못 인용되는 복선전철인 서리철도를 남런던에 개통했다.^[19]

한편 윌리엄 제솝은 앞서 1789년 레스터셔주 러프버러 난판탄에 있는 챈우드 숲 운하로 연장하기 위해 전철 모서리 레일과 플랜지 바퀴의 형태를 성공적으로 사용했다. 1790년 제솝과 그의 파트너인 아웃람은 가장자리 난간을 제조하기 시작했다. 제솝은 1790년 버틀리 회사의 파트너가 되었다. 최초의 공공 에지웨이(즉, 최초의 공공철도)는 1796년 Lake Lock Rail Road가 건설되었다. 이 노선의 주요 목적은 석탄을 운반하는 것이었지만, 승객도 수송했다.

철도를 건설하는 이 두 시스템인 "L" 판 철도와 평탄한 가장자리 철도는 19세기 초까지 나란히 존재했다. 플랜지형 바퀴와 가장자리 난간은 결국 그 우수성을 입증했고 철도의 표준이 되었다.

레일에 사용된 주철은 부서지기 쉽고 무거운 하중을 견디지 못했기 때문에 불만족스러운 것으로 판명되었다. 1820년 존 버킨쇼에 의해 발명된 연철은 주철을 대체했다. 연철(일반적으로 단순히 "철"이라고 칭함)은 연성 재료로, 파손되기 전에 상당한 변형을 겪을 수 있어 철골 레일에 더 적합했다. 그러나 철은 헨리 코트가 1784년 웅덩이에 대한 특허를 얻을 때까지 생산하는데 비용이 많이 들었다. 1783년 코르트는 철을 해머링하는 것보다 철을 통합하고 모양을 만드는 데 15배 더 빠른 롤링 공정에도 특허를 냈다.^[20] 이 공정들은 철과 레일 생산 비용을 크게 낮췄다. 다음으로 철 생산에서 중요한 발전은 제임스 보몬트 닐슨(특허 1828년)이 개발한 열풍으로, 돼지 철을 생산하는 데 필요한 콜라(연료)나 숯의 양을 상당히 줄였다.^[21] 연철이란 슬래그나 찌꺼기가 들어 있는 부드러운 재질이었다. 부드러움과 찌꺼기는 철로 된 레일을 왜곡하고 탈색시키는 경향이 있었고 그것들은 10년도 채 되지 않았다. 때때로 그들은 교통체증 속에서 1년 정도밖에 버티지 못했다. 이러한 철 생산의 모든 발전은 결국 목재/철로 된 복합 레일을 우수한 전철 레일로 대체하게 되었다.

값싸게 강철을 만들 수 있는 베세머 공정이 도입되면서 1860년대 후반부터 철도가 크게 확장되는 시대가 도래했다. 강철 레일은 철보다 몇 배나 더 오래 지속되었다.^[22][23][24] 강철 레일은 더 무거운 기관차를 가능하게 하여 더 긴 열차를 허용하고 철도의 생산성을 향상시켰다.^[25] 베세머 공정은 강철에 질소를 도입했고, 이것은 철강을 나이와 함께 깨지기 쉽게 만들었다. 개방된 난로는 19세기 말경 베세머 공정을 대체하기 시작하여 강철의 품질을 향상시키고 더 나아가 비용을 절감하였다. 따라서 강철은 레일에서의 철의 사용을 완전히 대체하여 모든 철도의 표준이 되었다.

최초의 여객 호르세카 또는 전차인 스완지와 멀즈 철도는 1807년 웨일스의 스완지와 멀즈 사이에 개통되었다.^[26] 말은 증기기관차가 도착한 19세기 말까지 전차 운송을 위해 선호되는 모드를 유지했는데, 이는 도시의 거리에서 연기를 유발하는 증기기관차에 비해 더 깨끗했기 때문이다.

증기력 도입

1784년 스코틀랜드의 발명가 겸 기계 엔지니어인 제임스 와트는 증기 기관차의 디자인에 특허를 얻었다. 와트는 토머스 뉴코멘의 증기 엔진을 개량했고, 지금까지 광산에서 물을 퍼내는 데 사용되어 왔으며, 1769년에 바퀴에 동력을 공급할 수 있는 왕복 엔진을 개발했다. 이것은 면화공장과 다양한 기계에 동력을 공급하는 대형 고정식 엔진이었다; 보일러 기술의 상태로 인해 실린더의 진공에 작용하는 저압 증기를 사용해야 했고, 이것은 별도의 콘덴서와 공기 펌프를 필요로 했다. 그럼에도 불구하고 보일러 건설이 개선되면서 와트는 피스톤에 직접 작용하는 고압 증기의 사용을 조사하여, 차량에 동력을 공급하기 위해 사용될 수 있는 보다 작은 엔진의 가능성을 제기하였다. 그의 특허에 따라, 와트의 직원 윌리엄 머독은 그 해에 자력으로 움직이는 증기 마차의 작동 모델을 생산했다.^[27]

최초의 본격적인 철도 증기 기관차는 1804년 콘월 태생의 영국 엔지니어 리처드 트레비딕에 의해 영국에서 만들어졌다. 이것은 고압 증기를 사용하여 엔진을 한 번 동력 행정으로 움직였다. 전송 시스템은 피스톤 로드의 작용을 균등하게 하기 위해 큰 플라이휠을 채용했다. 1804년 2월 21일 트레비딕의 이름 없는 증기 기관차가 사우스 웨일스의 메르시르 타이드필 인근 페니다렌 제철소 전차로를 따라 열차를 끌고 가면서 세계 최초의 증기기관차 여행이 이루어졌다.^[28][29] 트레비틱은 나중에 런던 블룸즈버리의 원형 철도 선로에서 운행하는 기관차를 시연했지만, 철도 기관차로 실험 단계를 넘지 못했다. 그의 엔진이 당시 사용 중이던 주철 선로보다 너무 무거웠기 때문이기도 했다.^[30]

상업적으로 가장 먼저 성공한 증기 기관차는 1812년 리즈의 미들턴 철도를 위해 건설된 매튜 머레이의 선반 기관차 살라망카였다. 이 2기통 기관차는 가장자리 난간 선로가 깨지지 않을 정도로 가벼웠고, 한쪽 레일 측면에 깁스를 한 톱니바퀴로 톱니바퀴로 접착 문제를 해결했다. 그러므로 그것은 최초의 랙 철도가 되기도 했다.

이것은 1813년에 크리스토퍼 블랙켓과 윌리엄 헤들리가 Wylam Colliery 철도를 위해 건설한 기관차 Puffing Billy가 뒤따랐다. Wylam Colliery 철도는 접착만으로 운행하는 최초의 성공적인 기관차였다. 이것은 다수의 바퀴 사이에 무게의 분배를 통해 달성되었다. 퍼핑 빌리는 현재 런던의 과학 박물관에 전시되어 있으며 현존하는 기관차 중 가장 오래된 것이다.^[31][32]

1814년, Trevithick의 초기 기관차에 영감을 받은 George Stephenson은 Murray와 Hedley가 증기 동력 기계를 만들 수 있도록 그가 일했던 킬링워스 광장의 매니저를 설득했다. 스티븐슨은 증기 기관차의 개발과 광범위한 채택에 중추적인 역할을 했다. 그의 디자인은 초기 개척자들의 작업을 상당히 향상시켰다. 그는 또한 성공적인 플랜지 휠 접착 기관차인 기관차 블뤼처를 만들었다. 1825년 그는 영국 북동부에 스톡턴과 달링턴 철도의 기관차 로코모션을 건설했는데, 이 기관차는 1825년에 세계 최초의 공용 증기 철도가 되었다. 비록 이 기관차는 서로 다른 운행에 마력과 증기력을 모두 사용했지만 말이다. 1829년, 그는 레인힐 시련에 참가하여 우승한 기관차 로켓을 만들었다. 이러한 성공으로 스티븐슨은 영국, 아일랜드, 미국, 그리고 많은 유럽 지역에서 철도용 증기 기관차의 뛰어난 건설자로 회사를 설립하게 되었다.^{[33]: 24–30} 증기 기관차만 사용한 최초의 공공 철도는 1830년에 건설된 리버풀과 맨체스터 철도였다.

증기력은 한 세기 이상 전 세계 철도의 지배적인 전력 시스템이었다.

전력 도입

최초의 알려진 전기 기관차는 1837년 스코틀랜드 애버딘의 화학자 로버트 데이비드슨에 의해 건설되었으며, 전기 기관차는 갈바닉 셀(배터리)에 의해 작동되었다. 따라서 그것은 또한 가장 초기 배터리 전기 기관차였다. 데이빗슨은 후에 갈바니라는 이름의 더 큰 기관차를 만들었는데, 1841년 스코틀랜드 왕립 예술 협회 전시회에 전시되었다. 7톤짜리 이 차량에는 2개의 직접 구동 저항 모터가 달려 있었고, 각 차축의 나무 실린더에 부착된 철봉에 작용하는 고정식 전자석 및 간단한 정류기가 달려 있었다. 시속 4마일(시속 6km)의 속도로 1.6km(2.4km)의 거리를 6t으로 끌어올렸다. 이듬해 9월 에든버러와 글래스고 철도에서 시험했지만 배터리에서 나오는 전력이 제한돼 일반적 이용을 방해했다. 철도 노동자들이 자신들의 고용안정에 위협이 된다고 보고 파괴한 것이다.^[34][35][36]

베르너 폰 지멘스는 1879년 베를린에서 전기 철도를 시연했다. 1881년 독일 베를린 인근 리히터펠데에서 세계 최초의 전차 노선인 그로스-리히터펠데 트램웨이가 개통됐다. 그것은 지멘스에 의해 지어졌다. 전차는 달리는 레일에 의해 공급된 180볼트 직류로 달렸다. 1891년 선로에 오버헤드 전선이 설치되었고 그 노선은 베를린-리히터펠데 웨스트 역까지 연장되었다. 볼크의 전기 철도는 1883년 영국 브라이튼에서 개통되었다. 이 철도는 여전히 운행 중이어서 세계에서 가장 오래된 운영 전기철도가 되었다. 또한 1883년에 뫼들링과 힌터브뤼엘 트램이 오스트리아의 빈 근처에 개통되었다. 이 노선은 세계 최초의 일반 열차 노선이었다. 그로부터 5년 후인 1888년 미국의 전기 트롤리는 프랭크 J. 스프래그가 설계한 장비를 이용해 리치몬드 유니언 여객철도에서 개척되었다.^[37]

본선에서의 전기화의 첫 이용은 1895년 볼티모어와 오하이오 철도(B&O)의 볼티모어 벨트 라인(B&O)의 4마일 구간에서 볼티모어 시내 가장자리의 일련의 터널을 통해 B&O의 주요 부분을 뉴욕으로 연결하는 것이었다. 전기는 1897년 스프래그가 다단위 열차 통제를 발명하면서 지하철의 선택 전력 공급원이 되었다. 1900년대 초까지 대부분의 거리 철도는 전기화되었다.

세계에서 가장 오래된 지하 철도인 런던 지하철이 1863년에 개통되었고, 현재는 런던 지하철 북부 노선의 일부인 시티와 사우스 런던 철도에 4차 철도를 이용한 전기 서비스를 1890년부터 운영하기 시작했다. 이것이 전기 견인력을 이용한 최초의 주요 철도였다. 세계 최초의 심층 전기 철도인 이 철도는 템즈강 아래 런던 시에서 런던 남부의 스톡웰까지 운행한다.^[38]

최초의 실용적인 AC 전기 기관차는 찰스 브라운에 의해 설계되었고, 그 후 취리히의 오를리콘에서 일했다. 1891년 브라운은 라우펜 암 네카르와 프랑크푸르트 암 마인 웨스트에 있는 수력발전소 사이의 3상 AC를 이용한 장거리 송전을 시연했다. 브라운은 증기 전기 기관차 설계에 대해 장 헤이일만에서 일하면서 얻은 경험을 이용하여 3상 모터가 DC 모터보다 중량 대비 출력 비율이 더 높고, 정류자가 없기 때문에 제조와 유지관리가 더 간단하다는 것을 관찰했다.^[39] 그러나, 그것들은 당시의 DC 모터보다 훨씬 더 컸고 바닥 밑의 늪에 장착할 수 없었다. 즉, 그것들은 기관차 몸체 내에서만 운반될 수 있었다.^[40]

1894년 헝가리 엔지니어 칼만 칸도는 새로운 형태의 3상 비동기 전기 구동 모터와 전기 기관차용 발전기를 개발하였다. 칸도의 1894년 초기의 디자인은 1896년부터 1898년 사이에 건설된 에비앙레베인(프랑스)의 짧은 3상 AC 전차에 처음 적용되었다.^{[41][42][43][44][45]}

1896년 오를리콘은 이 시스템의 첫 상업적인 예를 루가노 트램웨이에 설치했다. 각 30톤 기관차는 이중 오버헤드 라인에서 공급되는 3상 750 V 40 Hz에 의해 작동하는 두 개의 110 kW(150 hp) 모터를 가지고 있었다. 3상 모터가 일정한 속도로 운행하여 회생 제동을 제공하며, 급경사가 심한 노선에 잘 적합하며, 최초의 본선 3상 기관차는 1899년(당시 월터 보베리)에 의해 40km의 부르그도프–에 공급되었다.스위스 Thun line.

짧은 구간이 아닌 본선 전체 길이에 대한 전기 견인력을 도입한 것은 이탈리아 철도가 세계 최초였다. 106km의 발텔리나 노선은 칸도와 간즈 작품의 팀이 설계한 1902년 9월 4일에 개통되었다.^[46][47] 전기 시스템은 3 kV 15 Hz에서 3상이었다. 1918년 칸도는 회전 위상 변환기를 발명, 개발하여 전기 기관차가 단일 오버헤드 와이어를 통해 공급되는 동안 고압 국가 네트워크의 단순 산업 주파수(50Hz) 단상 AC를 운반하면서 3상 모터를 사용할 수 있게 했다.^[48][47]

AC 트랙션의 광범위한 채택에 대한 중요한 기여는 제2차 세계대전 이후 프랑스의 SNCF에서 나왔다. 이 회사는 AC 50 Hz에서 실험을 실시해, 표준으로 확립했다. SNCF의 성공적인 실험에 이어, 현재 산업 주파수라고도 불리는 50 Hz가 전 세계 주요 라인의 표준으로 채택되었다.^[49]

디젤 동력 도입

철도 사용을 위한 내연 기관의 가장 초기 기록 사례로는 1888년 윌리엄 덴트 프리스티먼이 설계한 프로토타입이 있었는데, 이 프로토타입은 로코모용 석유 엔진의 적응을 보여주기 위해 임시 레일에서 작업하는 트럭에 탑재된 "[프라이스트맨 오일 엔진]"이라고 기술한 윌리엄 톰슨 경에 의해 검토되었다.테이브 목적."^[50][51] 1894년, 프리스트먼 브라더스가 만든 20 hp(15 kW)의 두 개의 액슬 머신이 헐 부두에서 사용되었다.^[52]

1906년 루돌프 디젤, 아돌프 클로제, 증기 및 디젤 엔진 제조업체 게브뤼더 설저가 디젤 기관차를 제조하기 위해 디젤-설저-클로스 GmbH를 설립하였다. 설저는 1898년부터 디젤 엔진을 제조해 왔다. 프러시아 국영철도는 1909년 이 회사에 디젤 기관차를 주문했다. 세계 최초의 디젤 기관차는 1912년 여름 스위스의 윈터투르-로망스혼 철도에 운행되었지만 상업적인 성공은 거두지 못했다.^[53] 기관차 중량은 95톤, 출력은 883kW로 최고속도는 시속 100km였다.^[54] 디젤 기관차의 프로토타입은 1920년대 중반까지 다수의 국가에서 소량 생산되었다.

1914년 제너럴 일렉트릭(General Electric) 엔지니어인 헤르만 렘프가 신뢰할 수 있는 직류 전기 제어 시스템을 개발하고 특허(후속 개선사항도 렘프(Lemp)가 특허를 얻었다)하면서 중대한 돌파구가 일어났다.^[55] 렘프의 디자인은 엔진과 발전기를 조화롭게 제어하기 위해 단일 레버를 사용했으며, 모든 디젤-전기 기관차 제어 시스템의 프로토타입이었다. 1914년 Waggonfabrik Rastatt가 Brown, Boberi & Cie의 전기 장비와 스위스 Sulzer AG의 디젤 엔진을 탑재하여 Königlich-Sechische Statatatatseenbanen(로얄 색슨 주 철도)을 위해 세계 최초의 기능성 디젤-전기차가 생산되었다. 그들은 DET 1과 DET 2 (데위키)로 분류되었다. 디젤-전기 기관차의 첫 번째 정기적인 사용은 전환(분진) 적용에 있었다. 제너럴 일렉트릭은 1930년대에 여러 대의 소형 개폐 기관차를 생산했다(유명한 "44톤급" 전환기가 1940년에 도입되었다) 웨스팅하우스 일렉트릭과 볼드윈은 1929년부터 공동으로 개폐 기관차를 건설했다.

1929년 캐나다 국철도는 웨스팅하우스에서 9000호, 9001호 등 2개 단위를 가지고 본선 서비스에 다이젤을 사용한 최초의 북미 철도가 되었다.^[56]

고속철도

시속 200km에 이르는 증기 및 디젤 서비스는 1960년대 이전에 유럽에서 시작되었지만, 그다지 성공적이지^{[citation needed]} 못했다.

전기화 고속철도 도카이도 신칸센은 1964년 일본 도쿄와 오사카 사이에 처음 도입되었다. 그 이후 일본, 스페인, 프랑스, 독일, 이탈리아, 중화인민공화국, 대만(중화공화국), 영국, 한국, 스칸디나비아, 벨기에, 네덜란드에서 시속 300km 이상의 속도로 작동하는 고속철도 운송이 건설되었다. 이 노선들 중 많은 노선들이 건설되면서 런던-파리-브루셀 복도, 마드리드-바르셀로나, 밀라노-로미-나플스 등 연결된 도시들 간의 단거리 비행과 자동차 교통이 급격히 감소하게 되었다.^{[citation needed]}

고속열차는 일반적으로 설계에 큰 회전 반경을 포함하는 경사로 분리형 우측 통로의 연속 용접된 레일의 표준 궤간 궤간에서 운행한다. 고속철도는 승객들의 여행을 위해 가장 자주 설계되는 반면, 일부 고속철도는 또한 화물 서비스를 제공한다.

보존

1980년 이후, 철도 운송은 극적으로 변화했지만, 많은 유산 철도가 오래된 철도 노선을 보존하기 위한 살아있는 역사의 일부로 계속 운영되고 있다.

기차

열차는 선로를 따라 이동하는 연결된 일련의 철도 차량이다. 열차를 위한 추진은 별도의 기관차에 의해 제공되거나 자주 추진되는 복수 유닛의 개별 모터로부터 제공된다. 대부분의 열차는 수익 하중을 실어 나르지만, 비수익 자동차는 선로유지 목적과 같이 철도 자체의 용도를 위해 존재한다. 기관사(북아메리카의 기관사)는 기관차나 다른 동력차를 조종하지만, 사람들을 이동시키는 사람과 일부 급속한 트랜짓은 자동으로 제어된다.

하울리지

전통적으로 기차는 기관차를 이용해 당긴다. 여기에는 하나 이상의 동력 차량이 열차 전면에 위치하여 전체 열차의 중량을 견인하기에 충분한 견인력을 제공한다. 이 배치는 화물열차의 지배적인 위치를 유지하며 여객열차에 자주 사용된다. 푸시풀 열차는 기관사가 원격으로 기관차를 조종할 수 있도록 최종 승용차에 운전석이 장착되어 있다. 이를 통해 기관차가 방향을 바꿀 때마다 기관차를 앞쪽으로 옮길 필요가 없기 때문에 기관차가 끄는 열차의 단점 중 하나를 제거할 수 있다. 철도차는 승객이나 화물의 수송에 사용되는 차량이다.

여러 개의 유닛이 전동차 전체에서 동력 바퀴를 가지고 있다. 이것들은 고속 수송과 전차 시스템뿐만 아니라 많은 단거리 및 장거리 여객 열차에 사용된다. 레일카는 단일의 자력 자동차로, 전기적으로 추진되거나 디젤 엔진에 의해 구동될 수 있다. 복수의 유닛은 유닛의 양쪽 끝에 운전석이 있으며, 코치 밑에 들어갈 수 있을 정도로 작은 전기 모터와 엔진을 제작할 수 있는 능력에 따라 개발되었다. 화물 복수 기종만 몇 대에 불과하고, 대부분이 고속우편열차다.

원동력

증기기관차는 접착력을 제공하는 증기기관을 가진 기관차다. 석탄, 석유, 또는 목재는 소화통에 태워져 보일러의 물을 끓여서 가압 증기를 만든다. 증기는 굴뚝이나 연기 더미를 통해 떠나기 전에 연기통을 통해 이동한다. 이 과정에서 커넥팅 로드(US: 메인 로드)와 구동 휠의 크랭크핀(US: Wristpin) 또는 구동 액슬의 크랭크에 직접 동력을 전달하는 피스톤에 동력을 공급한다. 증기 기관차는 세계 대부분의 지역에서 경제적, 안전상의 이유로 단계적으로 폐지되었지만, 많은 기관차는 유산 철도에 의해 작동 질서 속에서 보존되고 있다.

전기 기관차는 머리 위의 전선이나 제3의 레일을 통해 고정된 선원에서 동력을 끌어낸다. 몇몇은 또한 또는 대신 배터리를 사용한다. 고전압 교류로 구동되는 기관차에서는 기관차의 변압기가 고전압 저전류 출력을 바퀴에 동력을 공급하는 견인 모터에 사용되는 저전압 고전류로 변환한다. 현대의 기관차는 3상 AC 유도 모터 또는 직류 모터를 사용할 수 있다. 어떤 조건에서는 전기 기관차가 가장 강력한 견인력이다.^{[citation needed]} 그들은 또한 달리기에 가장 싸고 소음도 적게 제공하고 지역적인 대기 오염도 전혀 제공하지 않는다.^{[citation needed]} 단, 전기 생산에 필요한 발전소는 물론, 오버헤드 라인과 지원 인프라 모두에 대해 높은 자본 투자가 필요하다. 따라서, 전기 견인은 도시 시스템, 교통량이 많은 노선, 고속 철도 등에 사용된다.

디젤 기관차는 디젤 엔진을 주동자로 사용한다. 에너지 전송은 디젤-전기, 디젤-기계 또는 디젤-유압일 수 있지만 디젤-전기가 우세하다. 전기 디젤 기관차는 전기화되지 않은 구간에서는 디젤 전기 기관차로, 전기화 구간에서는 전기 기관차로 운행하도록 건설된다.

동력의 대안적인 방법으로는 자기부상, 말이 끄는, 케이블, 중력, 공압 및 가스 터빈 등이 있다.

여객열차

여객열차는 승객들이 승하차할 수 있는 역 사이를 이동한다. 열차의 감독은 경비원/열차 관리자/지휘자의 임무다. 여객열차는 대중 교통의 일부분이며 종종 역에 버스가 공급되는 서비스 줄기를 구성하고 있다. 여객열차는 장거리 시외여행, 일일 통근여행, 또는 지역 도시철도 서비스를 제공하며, 다양한 차량, 운행 속도, 선로권 요건, 서비스 빈도로 운행된다. 서비스 주파수는 종종 시간당 열차 수(tph)로 표현된다.^[57] 여객열차는 보통 시외철도와 내실성 환승의 두 가지 운영 유형으로 나눌 수 있다. 시외 철도는 더 높은 속도, 더 긴 경로, 더 낮은 주파수(보통 예정 시간)를 수반하는 반면, 보안성 통과는 더 낮은 속도, 더 짧은 경로, 더 높은 주파수(특히 피크 시간 동안)를 수반한다.^[58]

시외 열차는 도시 간 정차역이 거의 없는 장거리 열차다. 기차는 일반적으로 식당차와 같은 편의시설을 갖추고 있다. 일부 노선은 또한 잠자는 자동차로 야간 서비스를 제공한다. 일부 장거리 열차에는 특정 이름이 붙었다. 지역열차는 도시와 외곽, 주변 지역을 연결하거나 지역 서비스를 제공하는 중거리 열차로, 정차 횟수가 많아지고 속도가 떨어진다. 통근 열차는 도시 근교에서 운행되며, 매일 통근 서비스를 제공한다. 공항철도 연결은 도심에서 공항까지 빠른 접근을 제공한다.

고속철도는 기존 철도보다 훨씬 빠른 속도로 운행하는 특수 시외 열차로, 제한속도는 시속 200~350km(120~220mph)로 간주되고 있다. 고속열차는 대부분 장거리 운행에 사용되며 대부분의 시스템은 서유럽과 동아시아에 있다. 상하이 자기부상열차와 같은 자기부상열차는 유도선 아래쪽으로 위쪽으로 끌어당기는 언더라이딩 자석을 사용하며, 이 노선은 비록 짧은 거리에 불과하지만 기존의 고속철도에 비해 일상적인 운행에서 다소 높은 최고속도를 달성했다. 고속철도 노선은 속도가 빨라져 기존 철도보다 커브가 넓지만 운동 에너지가 큰 열차에 의해 쉽게 올라갈 수 있는 등급이 더 높을 수 있다.

그들의 높은 운동 에너지는 더 높은 마력 대 톤 비율로 해석된다. 즉, 이것은 더 높은 마력 대 톤 비율(예: 짧은 톤 당 20 마력 또는 톤 당 16 킬로와트); 이것은 모멘텀이 증가하고 다운그레이드 시 회복됨에 따라 더 높은 속도를 가속하고 유지하며 가파른 등급을 협상할 수 있게 해준다(절단, 충만 및 튜닝 요구 조건 감소). 횡력은 곡선에 작용하기 때문에 곡선은 가능한 한 가장 높은 반경으로 설계된다. 이 모든 특징들은 화물 운송과 극적으로 다르기 때문에 경제적 타당성이 있는 경우 독점적인 고속철도 노선이 정당화될 수 있다.^[58]

고속철도 서비스는 기존 시외열차보다 최고속도가 높은 시외철도 서비스지만 고속철도 서비스보다 속도가 높지 않다. 이러한 서비스는 고속으로 안전하게 운행할 수 있는 열차를 지원하기 위해 재래식 철도 인프라를 개선한 후에 제공된다.

급행열차는 대도시에 구축된 내통형 시스템으로 어떤 여객운송 시스템보다 용량이 가장 크다. 보통은 등급으로 구분되어 있고 일반적으로 지하에 지어져 있거나 높은 곳에 세워져 있다. 거리 수준에서는 더 작은 전차를 사용할 수 있다. 경전철은 무단계 접근성, 자체적인 선로권, 때로는 지하에 구간이 있는 개량형 트램이다. 모노레일 시스템은 상승된 중용량 시스템이다. 피플 무버(people mover)는 몇 정거장만을 셔틀로 운행하는 무운전자 등급 구분 열차다. 고속철도 시스템의 균일성이 부족하여 노선 정렬이 다양하며, 선로권(사유지, 도로변, 도로중앙선)과 기하학적 특성(급수 또는 넓은 곡선, 급경사 또는 완만한 등급)이 다양하다. 예를 들어, 시카고 'L' 열차는 루프에서 급커브를 협상하기 위해 극도로 짧은 차들로 설계된다. 뉴저지의 PATH는 비슷한 크기의 자동차를 가지고 있어, 트랜스 허드슨 터널의 커브를 수용할 수 있다. 샌프란시스코의 BART는 노선에 대형차를 운행한다.^[58]

화물열차

화물열차는 화물의 종류에 특화된 화물차를 이용하여 화물을 운반한다. 화물열차는 규모의 경제성과 높은 에너지 효율로 매우 효율적이다.^[59] 다만, 픽업·배송 지점까지 선로가 없어 여행의 양 끝에 환적이 필요한 경우, 융통성 부족에 의해 이용을 줄일 수 있다. 당국자들은 종종 그것의 명성 때문에 화물 철도 운반을 권장한다.^[60]

컨테이너 열차는 미국에서 대량 수송의 베타 타입이 되었다. 컨테이너는 크레인을 이용하여 선박이나 트럭과 같은 다른 모드로 쉽게 운송될 수 있다. 이로써 화물을 수동으로 싣고 열차에 하역해야 했던 박스카(웨건-로드)가 성공했다. 화물의 상호 컨테이너화는 공급망 물류 산업에 혁명을 일으켜 선박 비용을 크게 절감했다. 유럽에서는, 슬라이딩 월 마차가 일반적인 덮개 마차를 대체했다. 그 밖의 차종으로는 냉장차, 가축용 비축차, 도로용 자동판매대가 있다. 철도가 도로교통과 결합되면, 트레일러가 열차 위로 운전될 수 있게 되어 도로와 철도의 이동이 용이해진다.

대량 취급은 철도 운송에 있어 주요한 이점을 나타낸다. 낮은 또는 심지어 제로 환적 비용은 에너지 효율과 낮은 재고 비용과 결합되어 열차는 도로보다 훨씬 더 저렴하게 처리할 수 있다. 전형적인 대량 화물은 석탄, 광석, 곡물, 액체를 포함한다. 벌크는 토핑이 열린 차, 호퍼 카, 탱크 카로 운송된다.

사회 기반 시설

우경화길

철도 선로는 철도 회사가 소유하거나 임대하는 토지에 설치된다. 적당한 등급을 유지하는 것이 바람직하기 때문에, 레일은 종종 언덕이나 산악 지형의 순환 경로에 놓일 것이다. 교대 절단, 교량 및 터널을 사용하면 경로 길이 및 등급 요건을 줄일 수 있으며, 이 모든 것은 선로 우회 개발에 필요한 자본 지출을 크게 증가시키는 동시에 운영 비용을 크게 절감하고 더 긴 반경 곡선에서 더 높은 속도를 허용할 수 있다. 도시화가 밀집한 지역에서는 기존 재산에 미치는 영향을 최소화하기 위해 터널에 철도를 깔기도 한다.

트랙

트랙은 일정한 거리를 유지하기 위해 목재, 콘크리트, 강철 또는 플라스틱의 슬리퍼(타이)라고 불리는 부재에 수직으로 고정된 두 개의 평행 강철 레일로 구성된다. 레일 게이지는 보통 표준 게이지(세계 기존 철도 노선의 약 55%에 사용), 넓은 게이지, 좁은 게이지로 분류된다.^{[citation needed]} 선로는 레일 게이지 외에 교량, 터널 및 기타 구조물을 안전하게 통과하도록 철도 차량 및 하중물의 최대 높이와 폭을 규정하는 하중 게이지와 일치하도록 배치된다.

이 트랙은 원뿔형의 플랜지 휠을 유도하여, 차량이 능동적인 조향 없이 선로를 유지하도록 하여, 열차가 도로 차량보다 훨씬 더 길어질 수 있도록 한다. 레일 및 침목은 보통 압축 접지로 만들어진 기초 위에 얹혀져 있으며, 그 위에 침목으로부터의 하중을 분산시키고 위로 지나가는 차량의 무게에 따라 지면이 시간이 지남에 따라 지면이 내려앉을 때 선로가 좌초되지 않도록 하기 위해 밸러스트 층을 배치한다.

밸러스트는 또한 배수 수단 역할을 한다. 특수 지역의 일부 더 현대적인 트랙은 밸러스트 없이 직접 부착된다. 트랙은 미리 조립하거나 제자리에 조립할 수 있다. 연속 용접 레일의 길이를 형성하기 위해 레일을 용접함으로써, 레일 사이의 이음매의 작은 표면 간격에 의해 야기되는 롤링 스톡의 추가 마모 및 파괴를 막을 수 있으며, 이는 또한 더 조용한 승차감을 만들어 준다.

곡선에서는 외부 레일이 내부 레일보다 더 높은 레벨일 수 있다. 이것을 편경사 또는 캔트라고 한다. 이것은 트랙을 대체하려는 힘을 줄이고 서 있거나 앉아 있는 가축과 서 있거나 앉아 있는 승객들에게 좀 더 편안한 승차감을 준다. 일정한 편경사는 제한된 속도 범위에서 가장 효과적이다.

턴아웃이라고도 알려진 지점과 스위치는 열차를 선로 이탈 구간으로 유도하는 수단이다. 보통 트랙과 비슷하게 배치된 지점은 일반적으로 개구리(공통 건널목), 체크 레일 및 2개의 스위치 레일로 구성된다. 스위치 레일은 신호 전달 시스템의 제어 하에 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동하여 열차가 어떤 경로를 따를 것인지를 결정할 수 있다.

나무 타이의 뾰족한 부분은 시간이 지남에 따라 느슨해질 수 있지만, 갈라지고 썩은 타이는 새로운 나무 타이나 콘크리트 대체물로 개별적으로 대체될 수 있다. 콘크리트 타이는 균열이나 갈라짐이 생길 수도 있고, 개별적으로 교체할 수도 있다. 토양의 침하로 인해 레일이 정착할 경우 레일의 수평을 맞추기 위해 침목 아래에 있는 추가 밸러스트와 전문 기계에 의해 레일이 들어올릴 수 있다.

주기적으로 밸러스트를 탈거하고 깨끗한 밸러스트로 교체하여 적절한 배수를 보장해야 한다. 암거 및 기타 물 통로는 선로에 의해 물이 압류되어 산사태가 발생하지 않도록 깨끗하게 유지되어야 한다. 하천을 따라 선로가 놓인 곳에는 보통 물이 많은 시간대에 하천둑 침식을 방지하기 위해 추가적인 보호장치가 설치된다. 교량은 무거운 열차가 교차하는 짧은 시간 안에 큰 스트레스의 발생을 겪기 때문에 점검과 정비가 필요하다.

열사

철도의 안전한 이동을 위해서는 철도장비의 점검이 필수적이다. 많은 종류의 결함 탐지기가 세계 철도에서 사용되고 있다. 이들 장치는 단순 패들부터 적외선 및 레이저 스캐닝, 초음파 오디오 분석까지 다양한 기술을 활용한다. 그들의 사용은 그들이 사용되어온 70년 동안 많은 철도 사고를 피했다.

시그널링

철도 신호는 열차가 충돌하지 않도록 철도 교통을 안전하게 통제하기 위해 사용되는 시스템이다. 마찰력이 낮은 고정된 레일에 의해 유도된 열차는 고속이나 운전자의 시야 거리 내에서 빠르게 정지하지 못하는 속도로 자주 운행하기 때문에 독특하게 충돌하기 쉽다; 고무 타이어와 노면 사이에 높은 수준의 마찰이 발생하는 도로 차량은 훨씬 더 짧다. 제동 거리 대부분의 열차 제어 형태는 철도망의 각 구간을 담당하는 자로부터 열차 승무원에게 전달되는 이동 권한을 포함한다. 모든 방법이 신호의 사용을 필요로 하는 것은 아니며, 일부 시스템은 단일 선로 철도 전용 시스템이다.

신호 처리 과정은 전통적으로 신호원이 스위치와 신호 장비를 작동시키는 데 필요한 레버 프레임을 보관하는 작은 건물인 신호 박스에서 이루어진다. 이것들은 철도의 경로를 따라 다양한 간격으로 배치되어 선로의 특정 구간을 통제한다. 보다 최근의 기술 개발로 인해 지역 통제실에 대한 신호 전달 운영이 중앙집중화되면서 그러한 운영 원칙은 불필요하게 되었다. 이것은 컴퓨터의 사용이 증가하여 하나의 장소에서 방대한 트랙의 부분을 감시할 수 있게 함으로써 촉진되었다. 블록 신호 전달의 일반적인 방법은 트랙을 블록 신호, 작동 규칙, 자동 제어 장치의 조합에 의해 보호되는 구역으로 나누어 언제든지 하나의 블록에 하나의 열차만 있을 수 있도록 한다.

전기화

전기화 시스템은 열차에 전기 에너지를 공급하기 때문에, 그들은 기내에 프라임 무버 없이도 운행할 수 있다. 이를 통해 운영비는 낮출 수 있지만 대규모 자본 투자가 필요하다. 간선과 전차계통은 보통 선로를 따라 기둥에 매달리는 오버헤드 와이어를 가지고 있다. 경사로 구분된 급행열차는 지상 3차 레일을 사용하는 경우가 있다.

전력은 직류(DC) 또는 교류(AC)로 공급될 수 있다. 가장 일반적인 직류전압은 전차 및 고속전철 시스템의 경우 600V와 750V이며, 본선에서는 1500V와 3000V이다. 두 개의 지배적인 AC 시스템은 15 kV와 25 kV이다.

스테이션

철도역은 승객들이 기차에 탑승하고 내릴 수 있는 지역 역할을 한다. 화물정류장은 화물을 하역하는 전용 야드다. 대형 여객역에는 승차권 구입, 음식 구입 등 승객 편의를 제공하는 건물이 최소 1개 이상 있다. 작은 역은 일반적으로 플랫폼으로만 구성된다. 초기 역들은 때때로 승객과 물품 시설을 모두 갖추고 건설되었다.^[61]

플랫폼은 열차에 쉽게 접근할 수 있도록 사용되며, 지하도, 풋브릿지, 수평교차로 등을 통해 서로 연결되어 있다. 어떤 큰 역들은 굴-데-작(culs-de-sac)으로 지어지며, 기차는 한 방향에서만 운행된다. 소형 스테이션은 일반적으로 지역 주거 지역에 서비스를 제공하며, 공급 버스 서비스와 연결될 수 있다. 큰 역들, 특히 중앙 역들은 도시의 주요 대중 교통 중심지 역할을 하며, 철도 서비스 간, 그리고 고속 철도, 전차 또는 버스 서비스 간 환승이 가능하다.

운영

소유권

1980년대 이후, 철도 회사들을 분할하는 경향이 증가하여, 기업들이 인프라를 소유하는 회사들과 분리되어 롤링 스톡을 소유하게 되었다. 이것은 특히 유럽 연합에 의해 이 협정이 요구되는 유럽에서는 더욱 그러하다. 이것은 유럽 철도망의 어떤 부분에 대한 어떤 열차 운영자의 개방적인 접근을 허용했다. 영국에서는 철도 선로가 주 소유로 되어 있으며, 공공 통제 기관(네트워크 레일)이 선로를 운영, 유지, 개발하며, 열차 운영 회사는 1990년대 민영화 이후 열차를 운영해 왔다.^[62]

미국에서는 동북 회랑 밖의 사실상 모든 철도망과 기반시설이 화물선에 의해 개인 소유로 되어 있다. 주로 암트랙인 여객선은 화물선에서 세입자로 운영된다. 따라서 운영은 화물 철도와 여객 철도가 긴밀하게 동기화되고 조정되어야 하며, 여객 열차는 종종 주선 화물 철도에 의해 파견된다. 이러한 공유 시스템 때문에, 두 가지 모두 연방 철도청(FRA)에 의해 규제되며, 선로 작업에 대한 AREMA 권장 관행과 차량에 대한 AAR 표준을 따를 수 있다.^[58]

자금조달

철도 회사의 주요 수입원은 (여객운송의 경우) 티켓 수입과 화물 운송료에서 나온다. 자주 이용하는 여행객(예: 시즌권 및 철도권)은 할인 및 월권 이용이 가능하다. 화물 수익은 컨테이너 슬롯당 또는 전체 열차에 대해 판매될 수 있다. 때때로 화주가 차를 소유하고 운반선만 빌린다. 여객 운송의 경우 광고 수입이 상당할 수 있다.

정부는 철도 운송이 다른 지배적인 운송 방식보다 외부성이 적기 때문에 철도 운영에 보조금을 주는 것을 선택할 수 있다. 철도회사가 국유일 경우 국가는 단순히 증산 대가로 직접 보조금을 지원할 수 있다. 만약 운영이 사유화되었다면, 몇 가지 선택권이 있다. 일부 국가는 정부 기관이나 회사가 인프라를 소유하는 시스템을 가지고 있으며, 안전 요건을 충족하는 모든 회사의 트랙에 개방적으로 접근할 수 있다. 이 경우, 국가는 트랙을 무료 또는 모든 비용을 부담하지 않는 수수료로 제공하기로 선택할 수 있다. 이는 정부가 도로의 자유로운 접근을 제공하는 것과 유사한 것으로 보여진다. 여객운행의 경우 공익사업자에게 직접 보조금을 지급하거나 공익사업 의무입찰에 응할 수 있으며, 최저 입찰자에 대하여는 시간제한 계약을 체결할 수 있다. 2005년 EU 철도 보조금 총액은 730억 유로에 달했다.^[63]

비아레일캐나다와 미국 여객철도 암트랙은 각 국가 정부가 임차한 민간 철도회사다. 자동차와 항공사의 경쟁으로 민간 여객 서비스가 위축되면서 이들은 현금 입장료를 내거나 기관차와 압류주를 내주면서 암트랙의 주주가 됐다. 정부는 암트랙에 창업자금을 공급하고 회계연도 말에 손실을 메우는 방식으로 보조금을 지급한다.^{[64][page needed]}

안전

기차는 매우 빠른 속도로 달릴 수 있지만, 그들은 무겁고 선로를 이탈할 수 없으며, 멈추기 위해서는 엄청난 거리가 필요하다. 가능한 사고는 탈선(궤도를 건너뛰기), 다른 열차와의 충돌, 또는 모든 철도 사고와 사상자의 대부분을 차지하는 자동차, 다른 차량 또는 보행자와의 충돌을 포함한다. 사고 위험을 최소화하기 위해 가장 중요한 안전대책은 엄격한 운영규칙(예: 철도신호화 등)과 건널목의 관문 또는 등급분리 등이다. 열차의 휘파람, 종소리, 경적은 열차의 존재를 경고하고, 선로측 신호는 열차의 거리를 유지한다.

일본의 신칸센과 같은 많은 고속 도시 간 통신망에서, 열차는 어떤 레벨의 횡단도 없이 전용 철도 노선에서 운행된다. 이는 자동차나 다른 차량, 보행자와의 충돌 가능성을 효과적으로 제거하고, 다른 열차와의 충돌 확률을 크게 감소시켜 안전성에 중요한 요소다. 또 다른 이점은 도시 간 네트워크의 서비스가 제시간에 유지된다는 것이다.

유지 관리

모든 인프라 자산에서와 마찬가지로, 화물 수익 운영과 여객 서비스를 방해할 수 있는 인프라 고장의 영향을 최소화하기 위해 철도는 정기적인 점검과 정비를 유지해야 한다. 승객들은 가장 중요한 화물로 여겨지고 보통 더 빠른 속도, 더 가파른 등급, 더 높은 용량/주파수로 운행되기 때문에, 그들의 라인은 특히 중요하다. 점검 관행에는 선로 기하학 차량이나 도보 점검 등이 포함된다. 특히 운송 서비스를 위한 곡선 유지보수에는 게이지, 고정 장치 조임 및 레일 교체가 포함된다.

레일 골재는 휠/레일 인터페이스 연삭을 초래하는 광축, 휠 통로 수가 많기 때문에 운송 시스템에서 흔히 발생하는 문제다. 유지보수가 운행과 중복될 수 있으므로 정비창구(야간시간, 비수기시간, 열차 일정 변경 또는 노선 변경)를 철저히 준수해야 한다. 또한 정비 작업 중 승객 안전(선로 간 펜싱, 자재의 적절한 보관, 선로 작업 공지, 주 근처 장비의 위험)도 항상 고려해야 한다. 터널이나 고가 구조물, 도시경관 혼잡 등으로 정비 접속 문제가 불거질 때도 있다. 여기에는 전문화된 장비 또는 기존의 유지 관리 기구의 작은 버전이 사용된다.^[58]

용량이 개별 노선 구간에 걸쳐 비연계 운행으로 세분되는 고속도로나 도로망과 달리, 철도용량은 근본적으로 네트워크 시스템으로 간주된다. 결과적으로, 많은 요소들이 시스템 장애의 원인과 영향이다. 유지보수는 노선의 광범위한 성능(열차 서비스 유형, 출발/목적지, 계절적 영향), 노선의 용량(길이, 지형, 선로 수, 열차 제어 유형), 열차 처리량(최대 속도, 가속/감속률), 그리고 공유 승객 수송 선로(sidings, te)를 포함한 서비스 기능(sidings, te)을 인정해야 한다.최소 용량, 전환 경로 및 설계 유형).^[58]

사회적, 경제적, 에너지적 측면

에너지

철도 운송은 에너지 효율적이지만^[67] 자본 집약적인^[68] 육상 운송 수단이다. 트랙은 비교적 낮은 수준의 마찰이 발생하면서 열차의 바퀴가 굴러갈 수 있는 매끄럽고 단단한 표면을 제공한다. 차량을 매체(육지, 바다 또는 공기)로 이동하려면 마찰에 의해 발생하는 움직임에 대한 저항을 극복해야 한다. 지상 차량의 총 저항(파운드 또는 뉴턴 단위)은 차량 속도의 2차 기능이다.

$\displaystyle \qquad \qquad R=a+bv+cv^{2}}$

여기서:

R은 전체 저항을 나타낸다.

a는 초기 상수 저항을 나타낸다.

b는 속도 관련 상수를 나타낸다.

c는 차량의 형상, 정면 및 측면의 기능인 상수를 의미한다.

v는 속도를 나타낸다.

v는² 속도를 나타내며 제곱을^[58] 나타낸다.

본질적으로, 저항은 차량의 접촉점과 도로 표면 사이에 다르다. 금속 레일의 금속 휠은 모든 노면의 고무 타이어 휠(철도 – 시속 10마일에서 0.001g, 시속 97km/h에서 0.024g, 트럭 – 시속 10마일에서 0.009g, 시속 60마일에서 0.090)에 비해 저항을 극복할 수 있는 상당한 이점이 있다. 하루 동안 이동되는 속도와 크기를 결합한 화물 용량의 경우:

• 사람 – 하루에 20마일(32km) 또는 1tmi/일(1.5tkm/일) 동안 100파운드(45kg)를 운반할 수 있음
• 말 및 손수레 – 1일 4tmi(일 5.8tkm/일) 운반 가능
• 양호한 포장도로의 마차 – 하루 10tmi/일(14tkm/일) 운반 가능
• 완전 유틸리티 트럭 – 1일 2만 tmi/일(29,000 tkm/^{[citation needed]}일) 운반 가능
• 장거리 열차 – 하루 50만 tmi/day(73만 tkm/day)^[58] 대부분의 열차는 250~400대의 트럭을 도로에서 이륙시켜 도로를 더욱 안전하게 만든다.

마력 대 중량비(중량비)로 보면, 이동 속도가 느린 바지선은 숏톤당 0.2마력(0.16kW/t), 철도와 송유관은 숏톤당 2.5마력(2.1kW/t), 트럭은 숏톤당 10마력(8.2kW/t)이 필요하다. 그러나 고속에서는 철도가 바지선을 제압하고 가장 경제적임을 증명한다.^[58]

예를 들어, 전형적인 현대식 마차는 두 개의 4륜 보그에 최대 113톤(125단톤)의 화물을 실을 수 있다. 선로는 열차의 중량을 고르게 분산시켜, 도로 운송에 비해 차축과 휠당 하중이 현저하게 증가하여 영구적인 노선의 마모나 파손이 적다. 이것은 고무 타이어와 도로 사이의 마찰에 의존하는 도로 운송과 같은 다른 운송 형태에 비해 에너지를 절약할 수 있다. 열차는 운반하는 하중에 대해 작은 정면 영역을 가지고 있어 공기저항을 감소시켜 에너지 사용량을 감소시킨다.

또한, 바퀴를 안내하는 선로가 존재하기 때문에 매우 긴 열차는 1개 또는 몇 개의 엔진으로 끌 수 있고, 심지어 곡선 주위로도 단일 운영자가 운전할 수 있어, 인력과 에너지 사용 모두에서 규모의 경제가 가능하다. 이와는 대조적으로, 도로 운송에서, 두 개 이상의 관절은 물고기 꼬리를 유발하고 차량을 안전하지 않게 만든다.

에너지 효율

교통수단을 이동하기 위해 소비되는 에너지만을 고려한다면, 리스본의 도시지역의 예를 들어보면, 전기열차는 승객 수송을 위해 자동차보다 평균 20배 정도 효율이 높은 것으로 보인다.^[69] 유럽의 평균 자동차 연료 소비량이 100km(47mpg_‑imp; 39mpg_‑US) 정도인 자동차를 감안하면 자동차 1대당 약 1.2명(점유율 24%), 연료 1리터가 약 8.8kWh(32MJ)에 달해 승객-km당 평균 441Wh(1,590kJ)에 해당한다. 이는 평균 탑승률이 20%이고 소비량이 약 8.5kW⋅h/km(MJ/km 31, 13.7kWh/mi)인 현대식 열차에 비하여, 승용차보다 20배 적은 승객 km당 21.5Wh(77kJ)에 해당한다.

사용법

이러한 이점 때문에, 철도 운송은 많은 나라에서 여객과 화물 운송의 주요 형태다.^[68] 유럽에서는 어디서나 볼 수 있으며, 통합 네트워크는 사실상 전 대륙을 망라하고 있다. 인도, 중국, 한국, 일본에서는 많은 백만 명이 정기적인 교통수단으로 기차를 이용한다. 북미에서는 화물철도 운송이 광범위하고 이용률이 높지만, 특히 자동차와 비행기 등 다른 모드에 대한 선호도가 높아져 북동부 회랑 밖에서는 시외 여객철도 운송이 상대적으로 드물다.^{[64][page needed][70]} 남아공, 북아프리카, 아르헨티나는 광범위한 철도망을 가지고 있지만, 아프리카와 남아메리카의 다른 곳의 일부 철도는 고립된 노선이다. 호주는 인구 밀도에 걸맞게 일반적으로 네트워크가 희박하지만, 특히 남동쪽에 상당한 네트워크를 가진 지역을 가지고 있다. 기존에 호주에 있던 동서 대륙횡단선 외에 북쪽에서 남으로 이어지는 선이 건설되었다. 세계에서 가장 높은 철도는 티베트에 있는 라사로 가는 노선으로,^[71] 부분적으로 영구 동토층 영토 위를 운행한다. 서유럽은 세계에서 철도 밀도가 가장 높으며, 각 국가 네트워크의 기술적, 조직적 차이에도 불구하고 많은 개별 열차가 여러 국가를 통해 운행되고 있다.

사회적 경제적 영향

현대화

철도는 근대성 형성과 진보 사상의 중심이다.^[72] 19세기 근대화 과정에는 공간 지향적인 세계에서 시간 지향적인 세계로의 전환이 수반되었다. 정확한 시간은 필수적이었고, 모든 사람들이 시간이 얼마인지 알아야 했고, 그 결과 철도역 시계탑, 공공장소 시계, 철도종사자와 여행객들을 위한 주머니 시계 등이 생겨났다. 기차는 정시에 출발했다(그들은 결코 일찍 출발하지 않았다). 이와는 대조적으로, 현대 시대에, 여객선은 선장이 충분한 승객을 얻었을 때 떠났다. 전근대 시대에 현지 시간은 해가 최고조에 달했던 정오에 맞춰졌다. 동서고금을 막론하고 시간대가 다 달랐고, 표준시간대가 도입되면서 그 시기가 달라졌다. 인쇄된 타임테이블은 여행객들에게는 편리했지만, 열차 주문이라 불리는 보다 정교한 타임테이블은 열차 승무원, 정비원, 역무원, 그리고 열차가 언제 올지 예상할 수 있는 때를 알고 있는 정비·정비원에게는 더욱 필수적이었다. 대부분의 선로는 단일 선로였으며, 우선 순위가 낮은 열차를 우회할 수 있는 편차와 신호가 있었다. 스케줄은 모든 사람들에게 무엇을 해야 하는지, 어디에 있어야 하는지, 그리고 정확히 언제 해야 하는지 알려주었다. 악천후로 인해 시스템이 중단될 경우, 전보사들은 시스템 전체에 즉시 수정사항과 업데이트를 전달했다. 비즈니스 조직으로서의 철도가 현대적인 대기업을 위한 표준과 모델을 만든 것처럼, 그래서 역시 철도 시간표는 버스, 여객선, 비행기, 라디오 및 텔레비전 프로그램, 학교 일정, 공장 시간 시계와 같은 무수한 용도에 맞게 조정되었다. 현대 세계는 시계와 시간표에 의해 지배되었다.^[73]

국가 건설

학자들은 철도를 국가의 성공적인 국가 건설 노력과 연결시켜 왔다.^[74]

기업경영 모델

역사학자 헨리 아담스에 따르면 철도 체계는 다음과 같이 필요했다.

한 세대의 에너지는 자본, 은행, 광산, 용광로, 상점, 파워하우스, 기술 지식, 기계 인구 등 모든 새로운 기계를 새로 만들고, 새로운 규모에 맞게 사회적, 정치적 습관, 아이디어 및 제도를 꾸준히 개조할 것을 요구하였다. 1865년에서 1895년 사이의 세대는 이미 철도에 저당 잡혔고, 세대 자체보다 더 잘 아는 사람은 아무도 없었다.^[75]

그 영향은 해운, 금융, 경영, 경력, 대중적 반응의 5가지 측면을 통해 조사할 수 있다.

운송화물 및 승객

첫째로 그들은 화물과 승객들을 대형 전국 시장을 가로질러 운송하기 위해 매우 효율적인 네트워크를 제공했다. 그 결과는 제조업, 소매업, 도매업, 농업, 금융을 포함한 대부분의 경제 분야에 변화된 영향을 미쳤다. 미국은 이제 실질적으로 유럽 크기의 통합된 국가 시장을 가지고 있었는데, 내부 장벽이나 관세가 없고, 모두 공통의 언어와 금융 시스템, 공통의 법체계가 뒷받침하고 있었다.^[76]

민간금융제도근거

철도 금융은 민간(비정부) 금융 시스템의 극적인 확대를 위한 기반을 제공했다. 철도 건설은 공장보다 훨씬 더 비쌌다. 1860년 철도 주식과 채권을 합친 금액은 18억 달러였으며, 1897년 106억 달러(전체 국가채무 12억 달러 대비)에 달했다.^[77] 자금은 북동부 전역의 금융인들과 유럽, 특히 영국으로부터 나왔다.^[78] 지원금의 약 10%는 정부로부터 나왔으며, 특히 일정량의 선로가 개설되었을 때 실현될 수 있는 토지 보조금의 형태로 이루어졌다.^[79] 신흥 미국 금융 시스템은 철도 채권에 기반을 두고 있었다. 1860년까지 뉴욕은 금융시장이 지배적이었다. 영국인들은 전 세계 철도에 많은 투자를 했지만 미국보다 더 많은 투자를 한 곳은 없었다. 총액은 1914년까지 약 30억 달러에 달했다. 1914-1917년에 그들은 전쟁 물자를 지불하기 위해 미국 자산을 처분했다.^[80][81]

현대 경영의 창안

철도 관리는 몇 시간 만에 자기 공장의 모든 부분을 순찰할 수 있는 현지 공장주가 꿈꿀 수 있는 것보다 훨씬 더 복잡한 동시 관계를 처리할 수 있는 복잡한 시스템을 설계했다. 토목 공학자들이 철도의 고위 경영자가 되었다. 대표적인 미국 혁신가는 1840년대 매사추세츠 서부철도, 1840년대 볼티모어와 오하이오 철도, 1850년대 에리, 1860년대 펜실베이니아였다.^[82]

진로

철도는 블루칼라 노동자와 화이트칼라 노동자를 위한 민간 부문의 진로를 발명했다. 철도는 젊은 남성들에게 평생의 직업이 되었다; 여성들은 거의 고용되지 않았다. 전형적인 진로는 18세에 고용된 청년을 가게 노동자로, 24세에 숙련된 정비공으로, 25세에 브레이커, 27세에 화물차장, 57세에 객차장으로 승급시키는 것을 볼 수 있다. 화이트칼라 직업의 길도 마찬가지로 묘사되었다. 교육을 받은 청년들은 사무직이나 통계업무에서 시작하여 사단이나 중앙본부의 역무원이나 관료로 승진했다. 각 단계에서 그들은 점점 더 많은 지식, 경험, 인적 자본을 가지고 있었다. 그들은 대체하기가 매우 어려웠고, 사실상 영구적인 직업을 보장받았으며 보험과 의료 서비스를 제공받았다. 채용·해고·임금률은 전관이 아니라 중앙행정관이 편애와 인격 갈등을 최소화하기 위해 정했다. 모든 것은 그 책에 의해 행해졌다. 그 책에서 점점 더 복잡한 규칙 집합에 의해 모든 사람들에게 모든 상황에서 무엇을 해야 하는지, 그리고 그들의 계급과 보수가 정확히 어떻게 될 것인지 정확히 지시하고 있다. 1880년대에 이르러 직업 철도업자들은 은퇴하게 되었고, 그들을 위해 연금 제도가 발명되었다.^[83]

교통

철도는 다수의 고객과 노동자들을 도심과 교외 지역으로 운송함으로써 사회적 진동과 경제 경쟁력에 기여한다. 홍콩은 철도를 "대중교통 시스템의 중추"로 인식하고 있으며, 이에 따라 철도 서비스와 포괄적으로 연계된 프랜차이즈 버스 시스템과 도로 인프라가 개발되었다.^[84] 베이징, 상하이, 광저우 등 중국의 대도시들은 철도 환승노선을 골격으로, 버스노선은 광역교통체계의 주체로 인식하고 있다.^[85] 일본 신칸센은 도쿄-코베 노선에 위치한 "일본 산업과 경제의 심장"에서 증가하는 교통 수요를 충족시키기 위해 건설되었다.^[86]

전시 역할 및 항공 목표

1863년에서 70년 사이에 미국 남북전쟁에서,^[87] 그리고 독일의 오스트리아와 프랑스와의 전쟁에서 철도의 중용은 말 시대에는 전대미문의 이동 속도를 제공했다.^[88] 20세기 상당 기간 동안 철도는 신속한 군사 동원을 위한 전쟁 계획의 핵심 요소였으며, 많은 수의 예비역들을 그들의 필수 지점으로 빠르고 효율적으로 수송하고 보병 병사를 전선으로 수송할 수 있었다.^[89] 제1차 세계 대전 중 프랑스의 서부 전선은 하루에 많은 양의 군수품을 필요로 했다.^[90] 독일과 점령한 프랑스의 철도 야드와 다리는 제2차 세계 대전 당시 연합군의 주요 공군력 대상이었다.^[91]

긍정적 영향

울창한 도시 agglomerations과 그들의 arteries,[표창 필요한]을 따라에 대한 철도 채널 성장으로 고속 도로 확장은 주변에 있는 교외의 개발을 장려하고 미국 교통 정책을 암시하기에, 증가된 차량마일 여행, 이산화 탄소 배출과 개발된 적이 없는 공간 개발 그리고 deple에 기여함에 반대했다.자연 r의 tion몸을 ^{[dubious – discuss][citation needed]}떼다 이러한 준비는 도시 공간, 지방세,^[92] 주택 가치 및 혼합 사용 개발 촉진을 재평가한다.^[93][94]

부정적인 영향

브라이언트 차드는 1840년대 오스트리아에서 철도와 증기기관차의 도착이 기차에 의해 야기된 소음, 냄새, 오염, 엔진의 그을음과 불붙는 불씨로 인한 가정과 주변 토지의 손상 때문에 지역민들을 화나게 했다는 것을 발견했다. 그리고 대부분의 여행은 매우 지역적인 일반인들이 새로운 노선을 거의 사용하지 않았기 때문이다.^[95]

오염

2018년 베이징 메트로 개통으로 '대부분의 대기오염물질 농도(PM2.5, PM10, SO2, NO2, CO)는 감소했지만 오존 오염에는 거의 영향을 미치지 않았다'^[96]는 연구 결과가 나왔다.

경제 발전 지표로서의 현대 철도

유럽의 개발 경제학자들은 현대 철도 인프라의 존재가 한 나라의 경제 발전을 보여주는 중요한 지표라고 주장해 왔는데, 이러한 관점은 특히 기본 철도 교통 인프라 지수(BRTI 지수)를 통해 잘 드러난다.^[97]

보조금

아시아

중국

2014년 중국의 전체 철도 지출은 1,300억 달러였으며 나머지 5년(2016~2020년) 동안 비슷한 비율로 유지될 가능성이 높다.^{[citation needed]}

인도

인도 철도는 약 2600억 달러(36억 달러)의 보조금을 받고 있으며, 이 중 약 60%가 통근 철도와 단거리 여행에 사용된다.^[98]

유럽

사용 강도, 서비스 품질, 안전 성능 등에 대한 2017년 유럽 철도 성능 지수에 따르면 유럽 국가 철도 시스템은 스위스, 덴마크, 핀란드, 독일, 오스트리아, 스웨덴, 프랑스로 구성된다.^[99] 성능 수준은 공공 비용과 주어진 철도 시스템의 성능 간에 긍정적인 상관관계를 드러내며, 또한 국가가 공공 비용에 대한 대가로 받는 가치의 차이를 드러낸다. 덴마크, 핀란드, 프랑스, 독일, 네덜란드, 스웨덴, 스위스는 상대적으로 높은 화폐 가치를 차지하고 있으며 룩셈부르크, 벨기에, 라트비아, 슬로바키아, 포르투갈, 루마니아, 불가리아는 유럽 국가들 중 평균 비용 대비 성능 비율에 비해 저조한 실적을 보이고 있다.^[100]

러시아

2016년 러시아 철도는 정부로부터 949억 루블(약 14억 달러)을 받았다.^[111]

북아메리카

미국

2015년 암트랙에 대한 미국 연방정부의 자금 지원은 약 14억 달러였다.^[112] 2018년까지 충당된 자금은 약 19억 달러로 증가했다.^[113]

참고 항목

참조

메모들

추가 읽기

• 버튼, 앤서니 철도 제국: 영국이 세계에 철도를 준 방법(2018년) 발췌
• 찬송해, 크리스토퍼. 세계의 철도: 철도 교통의 역사와 발전 (Chartwell Books, 2001)
• 믿음, 니콜라스 세계철도가 만든 세계(2014년) 발췌
• 프리먼, 마이클 "문화적 은유로서의 철도: '어떤 철도역사?' 재방문" 교통사 20.2호(1999년) : 160-167호.
• 무코파디야, 아파라지타. 임페리얼 테크놀로지와 '네이티브'기관: 식민지 인도의 철도 사회사, 1850–1920 (Taylor & Francis, 2018)
• 노크, O. S. 스팀 철도의 역추적(1966) 온라인
• 증기의 절정기에 있는 노크, O. S. 철도, 1920-40 (1970) 온라인
• 노크, O. S. 철도 1905-1919 (1971) 온라인에서 전성기 때의 노크
• 노크, O. S. 철도 형태 형성년, 1851-1895 (1973) 온라인
• 노크, O. S. 철도, 증기에서 전환 중, 1940-1965 (1974) 온라인
• 노크, O. S. 철도 그때나 지금이나: 세계사(1975) 온라인
• 노크, O. S. 철도 서유럽(1977년) 온라인
• 노크, O. S. 철도의 아시아와 극동 (1978년)
• 노크, O. S. 월드 철도 지도책 온라인 (1978)
• 노크, O. S. 철도 오브 USA (1979)
• 노크, O. S. 150년 간 본선 철도(1980년) 온라인
• 피리, 고든 "철도 역사 추적 중." 운송 역사 저널 35.2(2014년): 242–248.
• 사와이, 미노루, 에드. 동아시아 철도기술의 비교적 관점에서의 발전 (#Sringer, 2017)
• 트레인스 매거진. 북미철도 역사지침 (2014년 3월 3일
• 울마르, 크리스찬. 혈액, 철 및 금: 철도가 세상을 어떻게 변화시켰는지 (공보, 2011)

외부 링크