Семафоры

Семафор — это устройство для передачи информации на расстояние с помощью визуальных сигналов, обычно в виде механических элементов (крыльев, реек, флажков) или световых индикаторов. В зависимости от контекста термин может относиться к железнодорожным семафорам, оптическим телеграфам, флажковому семафору в морском деле или компьютерным семафорам в программировании. Основное назначение — передача кодированных сообщений или управление движением (например, поездов) без использования электрических каналов связи.

История

Оптический телеграф

Первые известные семафорные системы появились в конце XVIII века. В 1792 году французский инженер Клод Шапп создал оптический телеграф — систему башен с подвижными реями, которые могли принимать различные положения, образуя коды. Линия таких семафоров соединяла Париж и Лилль (около 230 км) и позволяла передавать сообщение за несколько минут, что было революцией для своего времени. Система Шаппа использовала комбинации положений двух крыльев и перекладины, всего 196 возможных сигналов. К 1840-м годам в Европе насчитывалось более 500 таких станций. С развитием электрического телеграфа (1830-е годы) оптические семафоры постепенно вышли из употребления.

Железнодорожные семафоры

С появлением железных дорог возникла необходимость в управлении движением поездов. Первые железнодорожные семафоры появились в Великобритании в 1830-х годах. Они представляли собой механические устройства с подвижным крылом (или диском), которое поднималось или опускалось для указания разрешения или запрета движения. В 1841 году британский инженер Джон Стивенс запатентовал семафор с двумя положениями: «путь свободен» (крыло поднято) и «путь закрыт» (крыло опущено). В России первый железнодорожный семафор был установлен на Николаевской железной дороге в 1851 году. К концу XIX века семафоры стали стандартным средством сигнализации на железных дорогах мира, постепенно вытесняясь светофорами в XX веке.

Морской семафор

В морском деле семафорная связь использовалась с начала XIX века для передачи сообщений между кораблями и берегом. Наиболее известна система флажкового семафора, разработанная в 1817 году британским адмиралом сэром Хоумом Попхэмом. Она использовала два флажка, которые держали в руках, и различные положения рук (от 0 до 8) для обозначения букв и цифр. Эта система применялась до середины XX века, пока не была вытеснена радиосвязью.

Классификация

По принципу действия

• Механические семафоры — используют подвижные элементы (крылья, диски, рейки), которые меняют своё положение. Примеры: железнодорожные семафоры, оптический телеграф Шаппа.
• Световые семафоры — передают сигналы с помощью цветных огней (красный, зелёный, жёлтый). По сути, это предшественники светофоров. В железнодорожной сигнализации световые семафоры появились в начале XX века.
• Флажковые семафоры — используются в морской и сухопутной связи; сигналы передаются с помощью флажков, удерживаемых в определённых положениях.

По области применения

• Железнодорожные семафоры — для управления движением поездов. Обычно имеют два или три положения: «путь свободен» (зелёный или поднятое крыло), «путь закрыт» (красный или опущенное крыло), «приготовиться к остановке» (жёлтый или наклонное крыло).
• Морские семафоры — для связи между судами или с берегом. Включают флажковый семафор, семафорную азбуку (семафор Морзе) и механические семафоры на маяках.
• Оптические телеграфы — исторические системы для передачи сообщений на большие расстояния.
• Компьютерные семафоры — в программировании: абстрактный тип данных для синхронизации доступа к ресурсам в многозадачных системах (изобретён Эдсгером Дейкстрой в 1965 году).

Устройство и принцип работы

Механический железнодорожный семафор

Типичный механический семафор состоит из мачты (обычно металлической или деревянной), на которой закреплено одно или несколько подвижных крыльев. Крыло может поворачиваться вокруг горизонтальной оси. Управление осуществляется с помощью тросов или рычагов с поста дежурного по станции. В зависимости от угла наклона крыла (обычно 45° или 90°) передаётся сигнал:

• Крыло поднято (вертикально) — «путь свободен» (зелёный огонь в тёмное время суток).
• Крыло опущено (горизонтально) — «путь закрыт» (красный огонь).
• Крыло под углом 45° — «приготовиться к остановке» (жёлтый огонь).

Ночью сигналы дублируются цветными светофильтрами, которые подсвечиваются керосиновыми или электрическими лампами.

Флажковый семафор

Флажковый семафор использует два флажка (обычно квадратной формы, красного и жёлтого цветов или белого и красного). Сигнал кодируется положением рук сигнальщика относительно тела. Каждой букве алфавита соответствует определённая позиция (например, буква «А» — руки в стороны, «Б» — правая рука вверх, левая вниз). Скорость передачи может достигать 10–15 знаков в минуту. Система не требует специального оборудования и используется в аварийных ситуациях.

Применение

На железных дорогах

В России и странах СНГ механические семафоры активно использовались до 1970-х годов, после чего началась массовая замена на светофоры. Однако на некоторых малодеятельных линиях и станциях они сохранились до настоящего времени (например, на узкоколейных железных дорогах). В Европе и США механические семафоры почти полностью вытеснены электрическими сигнальными системами. В настоящее время железнодорожные семафоры в основном представляют исторический интерес, хотя в некоторых странах (например, в Великобритании) они всё ещё используются на отдельных участках.

В морском деле

Флажковый семафор применяется в военно-морских флотах для связи между кораблями в условиях радиомолчания или при выходе из строя радиооборудования. В гражданском судоходстве он используется редко, но входит в программу подготовки моряков. Семафорная азбука (передача сигналов флажками) является частью Международного свода сигналов.

В программировании

В компьютерных науках семафор — это примитив синхронизации, который используется для управления доступом к общим ресурсам в многопоточных и многопроцессорных системах. Семафор представляет собой целочисленную переменную, над которой определены две атомарные операции: P (wait) — уменьшение значения и блокировка, если значение становится отрицательным, и V (signal) — увеличение значения и пробуждение ожидающих потоков. Семафоры применяются в операционных системах (например, в Linux, Windows) для предотвращения состояний гонки и взаимных блокировок.

Интересные факты

• Самая длинная линия оптического телеграфа Шаппа (около 1200 км) соединяла Париж и Тулон и была построена в 1805 году.
• В 1830-х годах в России была построена линия оптического телеграфа между Санкт-Петербургом и Варшавой (около 1200 км), которая работала до 1854 года.
• В 2014 году на железнодорожной станции «Бологое» (Тверская область) был установлен памятник семафору — один из немногих сохранившихся механических семафоров в России.
• Флажковый семафор до сих пор используется в скаутских организациях для обучения детей основам связи.

Источники

• История железнодорожного транспорта России. Том 1. — СПб.: Иван Фёдоров, 1994.
• Шапп, Клод. Оптический телеграф. — Париж, 1792.
• Дейкстра, Эдсгер. «Семафоры» (Co-operating sequential processes). — 1965.
• Международный свод сигналов. — ИМО, 2005.
• Железнодорожная сигнализация: учебное пособие. — М.: Транспорт, 1987.