鉄道輸送のソースを表示

{{for|様々な国における鉄道輸送|世界の鉄道一覧}}
{{Train topics}}
[[File:Acela old saybrook ct summer2011.jpg|thumb|[[オールド・セイブルック駅]]を通過する[[アムトラック]]の[[高速鉄道|高速列車]][[アセラ・エクスプレス]][[マサチューセッツ州]][[ボストン]]行き]]
[[File:Canadian National diesels southbound on the Norfolk Southern near Polaris Mall in Columbus, Ohio (2092116881).jpg|thumb|[[アメリカ合衆国]][[オハイオ州]][[コロンバス (オハイオ州)|コロンバス]]付近の[[ノーフォーク・サザン鉄道|ノーフォーク・サザン鉄道線]]を行く[[カナディアン・ナショナル鉄道]]のディーゼル機関車2両に牽引される貨物列車]]
[[File:802201 on daytime testing at Northallerton on the ECML.jpg|thumb|[[イギリス]]の[[ロンドン]]と[[エディンバラ]]を結ぶ[[グレート・ウェスタン・レールウェイ]]の[[イギリス鉄道802形|クラス802形]]]]
'''鉄道輸送'''（てつどうゆそう、{{Lang-en|Rail transport}}）は[[線路 (鉄道)|線路]]の上を走る車輪付きの車両により、[[交通|旅客および貨物の輸送を行う手段]]である。'''[[列車]]輸送'''（れっしゃゆそう、{{Lang-en|train transport}}）とも呼ばれる。

整備された道路を車両が自由に走行できる[[道路輸送]]と違い、鉄道輸送では[[鉄道車両]]が敷設された線路上のみしか走行できないため小回りが利かないが、その分大量の乗客・貨物を高速かつ定刻通りに輸送することができる。軌道は通常[[鋼|鋼鉄製]]レールの他に、レールを固定する[[枕木]]と[[犬釘]]、列車の荷重を分散させて路盤へ伝える[[バラスト軌道|バラスト]]から構成される。しかし、近年はバラストを使用しない[[スラブ軌道]]などが採用されることもある<ref group="注釈">なお、騒音軽減などの理由でスラブ軌道にバラストを敷いている場所もある。</ref>。そしてこの軌道の上を金属製の車輪を付けた車両が走行する。
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== 概要 ==
鉄道輸送システムの車両は一般に道路上を走行する車両よりも[[摩擦|摩擦抵抗]]が低いため、客車や貨車を繋げてより長大な編成を組むことができる。列車の運行は[[鉄道事業者|鉄道会社]]によって行われ、[[鉄道駅]]間や貨物の顧客施設間の輸送を提供している。列車の走行に必要な[[電力]]は、[[架線]]や[[第三軌条方式|第三軌条]]といった[[鉄道の電化|鉄道電化システム]]から供給するか、[[ディーゼル機関車]]や[[気動車]]などのように[[ディーゼルエンジン]]によって走行車両が自ら電力を生成する。一部を除くほとんどの路線には[[信号保安|自動信号システム]]が導入されている。鉄道は他の輸送形態と比較して定時性が高く事故率の低い安全な陸上輸送システムである<ref group="注釈">[{{cite report|title=Face the facts on transport safety|author=Norman Bradbury|date=November 2002|url=http://www.railwatch.org.uk/backtrack/rw94/rw094p06.pdf|work=Railwatch|archive-url=https://web.archive.org/web/20101011093930/http://www.railwatch.org.uk/backtrack/rw94/rw094p06.pdf|archive-date=11 October 2010}}]によると、鉄道輸送は1マイルあたりと1時間あたりの両方で最も安全であるが、航空輸送は1マイルあたりでのみ安全とされている。</ref>。鉄道輸送は一般に[[資本集約型産業]]であるとみなされる。また、一度に大量の乗客・貨物を輸送可能であることから大都市圏など大量の乗客が見込める場所では非常にエネルギー効率が高くなるが、逆に乗客の少ない過疎地などでは道路輸送よりも柔軟性が低いことから一定以上の乗客が見込めず、場合によってはバスや自家用車よりもエネルギー効率が低くなる逆転現象も発生する。
[[ファイル:World railway network.svg|サムネイル|世界の鉄道網を表した地図]]
最も古くから知られている人と動物を使った鉄道は、紀元前6世紀に[[ギリシャ]]の[[コリントス]]で運行され始めた。鉄道輸送はその後16世紀半ばに[[ドイツ]]で馬によって動かされる[[ケーブルカー|鋼索鉄道]]と[[ワゴンウェイ]]<ref group="注釈">小さい[[無蓋車|無蓋貨車]]や[[トロッコ]]のような見た目の車両を何両か繋いで馬や蒸気機関車で牽引するもの。</ref>として始まった。近代的な鉄道輸送は19世紀初頭の[[イギリス]]による[[蒸気機関車]]の開発で始まった。このため、[[イギリスの鉄道]]は近代的鉄道としては世界で最も古いものとなっている。実用的な蒸気機関車を開発した[[ジョージ・スチーブンソン]]とその一人息子[[ロバート・スチーブンソン]]の会社[[ロバート・スチーブンソン・アンド・カンパニー]]によって最初に建造された[[ロコモーション1号]]という蒸気機関車は1825年に公共鉄道である[[ストックトン・アンド・ダーリントン鉄道]]で運行を開始し、世界で初めて乗客を乗せた列車を牽引した蒸気機関車となった。ジョージ・スチーブンソンはまた、列車の牽引に蒸気機関車のみを使用する世界初の公共都市間鉄道[[リバプール・アンド・マンチェスター鉄道]]を建設し、路線は1830年に開業した。

その後多くの幹線鉄道が建設され、また鉄道は[[貨物輸送]]のコストと貨物紛失率が水上輸送と比較して低かったことから[[産業革命]]の重要な構成要素の1つであると考えられている。また、貨物輸送が[[運河]]から鉄道に移ったことで輸送コストが低下し、発送地と到着地の距離がどれだけ離れていても大して価格差が発生せず価格がほぼ一定な"国内市場" (national markets) が可能となった。鉄道網が普及し[[時刻表]]が使用されるようになった結果、[[グリニッジ標準時]]に基づいて[[鉄道時間]]が導入された。導入以前は主要な都市や町による時間のずれに合わせて時刻表の表記が地域毎に異なっていた。イギリスの鉄道の発明そして開発は19世紀の最も重要な技術的発明の1つであった。また、世界初の[[地下鉄]]である[[メトロポリタン鉄道]]（現在の[[ロンドン地下鉄]]の一部）もイギリスで開業している。

1880年代には電車が導入され、[[路面電車]]や[[地下鉄|高速輸送システム]]が電化され始めた。1940年代に入るとほとんどの国の非電化路線では蒸気機関車を[[ディーゼル機関車]]に置き換え始め、置き換えは2000年代までにほぼ完了した。1960年代に入ると1964年に開業した[[日本]]の[[東海道新幹線]]を皮切りにいくつかの国で[[高速鉄道]]が導入され始めた。多くの国々は、主に環境問題のためにディーゼル機関車を[[電気機関車]]に置き換えようとしている。注目に値する例は、その路線網を全て電化した[[スイス]]である。[[モノレール]]や[[磁気浮上式鉄道]]のような伝統的な鉄道の定義以外の他の形態の誘導地上輸送も試みられてきたが、その用途は非常に限られている。

鉄道は[[第二次世界大戦後]]にライバルである[[自動車]]や[[航空機]]との競合に負け衰退の一途を辿っていたが、高速鉄道の登場による所要時間の短縮、都市部の道路の激しい混雑、燃料価格の高騰、[[地球温暖化]]対策として他の交通手段に対して[[二酸化炭素]]の排出量の少ない鉄道輸送の見直しとそれに伴う政府による鉄道への積極的な投資などが重なり、鉄道は大量輸送と環境保全の観点から重要な輸送手段として復活した。

== 歴史 ==
{{Main|鉄道の歴史}}
鉄道の歴史は[[ギリシャ]]の[[コリントス]]で紀元前6世紀に始まった。それは軌道の材料と使用される動力の主な手段によって定義される、いくつかの別々の期間に分割することができる。

=== 古代のシステム ===
証拠によると、紀元前600年頃からギリシャの[[コリントス地峡]]を横切る6 - 8.5キロメートルの[[ディオルコス]]舗装路があった<ref name=" Verdelis, mikolaos (1950stas), 526">Verdelis, Nikolaos: "Le diolkos de L'Isthme", ''Bulletin de Correspondance Hellénique'', Vol. 81 (1957), pp. 526–529 (526)</ref><ref name="Cook, R. M. (1979), 152">Cook, R. M.: "Archaic Greek Trade: Three Conjectures 1. The Diolkos", ''The Journal of Hellenic Studies'', Vol. 99 (1979), pp. 152–155 (152)</ref><ref name="Drijvers, J.W. (1992), 75">Drijvers, J.W.: "Strabo VIII 2,1 (C335): Porthmeia and the Diolkos", ''Mnemosyne'', Vol. 45 (1992), pp. 75–76 (75)</ref><ref name="Raepsaet, G. & Tolley, M. (1993), 256">Raepsaet, G. & Tolley, M.: "Le Diolkos de l’Isthme à Corinthe: son tracé, son fonctionnement", ''Bulletin de Correspondance Hellénique'', Vol. 117 (1993), pp. 233–261 (256)</ref><ref name="Lewis, M. J. T. (2001), 11">{{cite book |last=Lewis |first=M. J. T. |chapter-url=http://www.sciencenews.gr/docs/diolkos.pdf |chapter=Railways in the Greek and Roman world |archive-url=https://web.archive.org/web/20110721083013/http://www.sciencenews.gr/docs/diolkos.pdf |archive-date=21 July 2011 |editor-last1=Guy |editor-first1=A. |editor-last2=Rees |editor-first2=J. |title=Early Railways. A Selection of Papers from the First International Early Railways Conference |date=2001 |pp=8–19}}</ref>。この[[石灰岩]]の舗装路には溝が掘られており、人や動物によって牽引される車輪のついた車両がこの溝に沿って運行されていた。ディオルコス舗装路は少なくとも西暦1世紀まで650年以上使用されていた<ref name="Lewis, M. J. T. (2001), 11" />。また、後に[[ローマ帝国]][[アエギュプトゥス|エジプト準州]]でも同じ構造の舗装路が建設されている<ref>{{cite journal |title = The ΔΙΟΛΚΟΣ of Alexandria |journal = The Journal of Egyptian Archaeology|first = P. M.|last = Fraser|volume =47|date = December 1961|pages= 134-138 |doi = 10.2307/3855873}}</ref>。

=== 蒸気機関導入前 ===
{{see also|ケーブルカー|ワゴンウェイ|トラムウェイ (工業用)|プレートウェイ}}

==== 木製レールの導入 ====
[[File:Reiszug, Hohensalzburg.jpg|thumb|今日の[[ライスツーク]]]]
1515年、[[マッテウス・ランク・フォン・ヴェーレンブルク|マッテウス・ランク枢機卿]]が[[オーストリア]]の[[ホーエンザルツブルク城]]にある鋼索鉄道[[ライスツーク]]の説明を書いた。路線はもともと木製のレールと麻の運搬用ロープを使っており、踏み車を通して人間か動物の力で動かされた<ref name="fm1">{{cite web |url=http://www.funimag.com/funimag10/RESZUG01.HTM |title=Der Reiszug: Part 1 – Presentation |publisher=Funimag |accessdate=2009-04-22}}</ref>。路線はまだ存在していて運用されており、木製レールから鋼鉄製レールへの置き換えなどの更新がなされているがおそらく世界で最も古い営業鉄道である<ref>{{cite news |first=Reinhard |last=Kriechbaum |url=http://www.die-tagespost.de/Archiv/titel_anzeige.asp?ID=8916 |archive-url=https://archive.is/20120628225245/http://www.die-tagespost.de/Archiv/titel_anzeige.asp?ID=8916 |dead-url=yes |archive-date=2012-06-28 |title=Die große Reise auf den Berg |work=der Tagespost |date=2004-05-15 |accessdate=2009-04-22 |language=German }}</ref>。

木製レールを使用した馬車による[[ワゴンウェイ]]（または[[トラムウェイ (工業用)|トラムウェイ]]）は鉱山への鉱石入れの輸送を容易にするために1550年代に登場し、すぐにヨーロッパ中で普及した。そのような路線はドイツにおいて[[ゲオルク・アグリコラ]]が1556年に著した『[[デ・レ・メタリカ]]』の中で説明されている<ref>Georgius Agricola (trans Hoover), ''[[デ・レ・メタリカ]]'' (1913), p. 156.</ref>。この路線は木製の板の上を走っているフランジのない車輪と板の間の隙間にぴったり合う垂直のピンが付いた"フント" (Hund) カートを使用して運行されていた。鉱山労働者はフントカートが走行時に発生する騒音から、貨車をフンデ（Hunde、ドイツ語で"犬"の意）と呼んだ<ref>{{cite book |last=Lee |first=Charles E. |title=The Evolution of Railways |edition=2 |year=1943 |publisher=Railway Gazette |location=London |page=16 |oclc=1591369}}</ref>。

16世紀の中央ヨーロッパでのそれらの使用については多くの言及がある<ref>Lewis, ''Early wooden railways'', pp. 8–10.</ref>。そのような輸送システムは、おそらく1560年代からイギリスの[[カンブリア (イングランド)|カンブリア州]][[カルドベック]]の鉱山においてドイツ人の鉱夫によって使用されていた<ref>Warren Allison, Samuel Murphy and Richard Smith, ''An Early Railway in the German Mines of Caldbeck'' in G. Boyes (ed.), ''Early Railways 4: Papers from the 4th International Early Railways Conference 2008'' (Six Martlets, Sudbury, 2010), pp. 52–69.</ref>。ワゴンウェイは[[リヴァプール]]近郊の[[プレスコット (マージーサイド)|プレスコット]]で1600年頃に、おそらく1594年には早くも建設されていた。フィリップ・レイトンが所有していたこの路線はプレスコット・ホール付近のピットから約800メートル離れた終点まで石炭を輸送していた<ref>{{cite book |last=Jones |first=Mark |title=Lancashire Railways – The History of Steam |publisher=Countryside Books |location=Newbury |date=2012 |page=5 |isbn=978 1 84674 298 9}}</ref>。1604年以前に[[シュロップシャー|シュロップシャー州]]の[[ブロズリー]]で鋼索鉄道が建設された。これにより、炭鉱から[[セヴァーン川]]までジェームズ・クリフォードのための石炭が運搬され、川辺の町に運ばれた<ref>Peter King, ''The First Shropshire Railways'' in G. Boyes (ed.), ''Early Railways 4: Papers from the 4th International Early Railways Conference 2008'' (Six Martlets, Sudbury, 2010), pp. 70–84.</ref>。1604年に[[ハンティンドン・ボーモント]]によって建設された[[ウラトン・ワゴンウェイ]]は、時には最古のイギリスの鉄道として誤って引用されてきた。トラムウェイは[[ノッティンガム]]付近の[[ウラトン]]と[[ストレリー (ノッティンガム)|ストレリー]]の間を結んでいた<ref>{{cite web |url=http://nottinghamhiddenhistoryteam.wordpress.com/2013/07/30/huntingdon-beaumonts-wollaton-to-strelley-waggonway/ |title=Huntingdon Beaumont's Wollaton to Strelley Waggonway |publisher=Nottingham Hidden History |accessdate=23 August 2017|date=2013-07-30 }}</ref>。

1758年に建設された[[リーズ]]の[[ミドルトン鉄道]]は、後に改良が行われているが鋼索鉄道を除いて世界で最も古い営業鉄道となった。1764年、[[アメリカ合衆国]]で最初の鉄道が[[ニューヨーク州]][[ルイストン (ニューヨーク州)|ルイストン]]に建設された<ref name="Porter">{{cite book | last=Porter |first=Peter |title=Landmarks of the Niagara Frontier |publisher=The Author |year=1914 | isbn=978-0-665-78347-0}}</ref>。

==== 鋼鉄製レール導入 ====
1760年代後半、[[コールブルックデール]]社は木製のレールの上面に[[鋳鉄]]のプレートを固定し始めた。これにより[[軌間]]の様々なバリエーションを使用することができるようになった。最初は[[ループ線|ラケット型ループ線]]でのみ折り返し可能であったが、後に切替可能な可動点（後の[[分岐器]]）が使用されるようになった<ref>{{cite book |author=Vaughan, A. |year=1997 |title=Railwaymen, Politics and Money |location=London |publisher=John Murray |isbn=978-0-7195-5746-0}}</ref>。

[[File:Little Eaton Tramway Replica Wagon small.jpg|thumb|right|"リトル・イートン・トラムウェイ"のワゴンのレプリカ]]
フランジのない車輪がL字型の金属板の上を走る[[プレートウェイ]]というシステムが導入された。導入の正確な日付は議論されているが、[[シェフィールド]]の炭鉱管理者であるジョン・カーは1787年にこのL字型レールを発明した。1803年に[[ウィリアム・ジェソップ]]はロンドンの南部で、時に世界初の公共鉄道と誤って引用される[[サリー鉄道|サリー・アイアン鉄道]]を開業させた<ref>{{cite web| url=http://www.stephensonloco.fsbusiness.co.uk/surreyiron.htm| title=Surrey Iron Railway 200th – 26th July 2003| publisher=Stephenson Locomotive Society| work=Early Railways| deadurl=yes| archiveurl=https://web.archive.org/web/20090512032233/http://www.stephensonloco.fsbusiness.co.uk/surreyiron.htm| archivedate=12 May 2009| df=dmy-all|accessdate=2019-5-30}}</ref>。

[[File:Chpr fishbelly.jpg|thumb|left|[[バターリー・カンパニー]]により[[クロムフォード・アンド・ハイ・ピーク鉄道]]のために製作された鋳鉄製フィッシュベリー・エッジレール。フランジ付き車輪用のレールである。]]
一方、ウィリアム・ジェソップは以前、1789年に[[レスターシャー|レスターシャー州]][[ラフバラー]]の[[ナンパンタン]]にある[[チャーンウッド森林運河]]への鉄道を敷設する際には鉄製エッジレールとフランジ付きの車輪を使用していた。1790年、ジェソップとそのパートナーであるウートレムはエッジレールの製造を開始した。また、ジェソップは同年に[[バターリー・カンパニー]]のパートナーになった。最初にエッジレールを使用し建設された公共鉄道は1796年に開業した[[レイク・ロック鉄道]]であり、したがってこの鉄道が世界初の公共鉄道となる。この路線の主な目的は石炭を運搬する貨物輸送であったが、乗客の輸送も行っていた。

鉄道を建設するこれらの2つのシステム、L字型レールとエッジレールは19世紀初頭までずっと並んで存在し続けていた。しかし、フランジ付き車輪とエッジレールの優位性が証明されこの時代の鉄道の標準となった。

レールに使用されている鋳鉄は脆く重い負荷が掛かると簡単に破損してしまうため、重い荷重が掛かり続ける鉄道のレールとして満足のいくものではなかった。1820年に[[ジョン・バーキンショー]]によって発明された[[錬鉄]]が鋳鉄に取って代わった。錬鉄（単に"鉄"とも）は破断する前にかなりの変形を受けることができる延性材料であったことから鋳鉄よりも鉄道のレールに適していた。しかし、1784年に[[ヘンリー・コート]]が[[攪拌精錬法]]の特許を取得するまで、錬鉄の製造には莫大な費用が掛かっていた。1783年、コートは[[圧延|圧延法]]の特許も取得した<ref>{{cite book|title=The Unbound Prometheus: Technological Change and Industrial Development in Western Europe from 1750 to the Present|last=Landes|first= David. S.|year= 1969|publisher =Press Syndicate of the University of Cambridge
|location= Cambridge, New York|isbn= 978-0-521-09418-4|pages=91|ref=harv| postscript = <!--None-->}}</ref>。これらの製造法が確立されたことによりレールの製造コストが大幅に削減された。錬鉄の生産における次の重要な開発は[[ジェームズ・ボーモント・ニールソン]]（1828年特許取得）によって開発された[[熱風法]]であり、これにより錬鉄の製造に必要な[[コークス]]（燃料）または木炭の量を大幅に減らすことに成功した<ref>{{Harvnb|Landes|1969|pp=92}}</ref>。

鋼鉄を安価に製造することを可能にする[[ベッセマー法]]の開発により1860年代後半に始まった鉄道の大幅な拡張の時代をもたらした<ref name="Wells1891">{{cite book |last=Wells |first=David A. |year=1891 |title=Recent Economic Changes and Their Effect on Production and Distribution of Wealth and Well-Being of Society |publisher= D. Appleton and Co. |location=New York |isbn=978-0-543-72474-8 |url=https://books.google.com/books?id=2V3qF4MWh_wC&printsec=frontcover&dq=RECENT+ECONOMIC+CHANGES+AND+THEIR+EFFECT+ON+DISTRIBUTION+OF+WEALTH+AND+WELL+BEING+OF+SOCIETY+WELLS#v=onepage&q&f=false}}</ref><ref name="Grubler1990">{{cite book |last=Grübler |first=Arnulf |title=The Rise and Fall of Infrastructures: Dynamics of Evolution and Technological Change in Transport |year=1990 |publisher=Physica-Verlag |location=Heidelberg and New York |url=http://www.iiasa.ac.at/Admin/PUB/Documents/XB-90-704.pdf |format=PDF |accessdate=11 October 2017 |archiveurl=https://webcitation.org/68z7V7LR0?url=http://www.iiasa.ac.at/Admin/PUB/Documents/XB-90-704.pdf |archivedate=2012年7月7日 |dead-url=yes |df=dmy-all }}</ref><ref>{{cite book |last=Fogel |first=Robert W. |year=1964 |title=Railroads and American Economic Growth: Essays in Econometric History |publisher=The Johns Hopkins Press |location=Baltimore and London |isbn=978-0-8018-1148-7}}</ref>。鋼鉄製レールは耐久性が非常に高いため、より重い機関車、より長大な編成に対応することが可能になり鉄道の生産性を向上させた<ref>{{cite book |title=Inside the Black Box: Technology and Economics
 |last= Rosenberg |first= Nathan |authorlink= |year=1982 |publisher =Cambridge University Press|location= Cambridge, New York |isbn=978-0-521-27367-1 |page=60| postscript = <!--None-->}}</ref>。しかし、ベッセマー法では鋼に窒素を混ぜるために時間と共に徐々に脆くなっていった。19世紀の終わりごろ、[[平炉]]がベッセマー法に取って代わり、鋼鉄の品質が向上しさらにコストが削減されることになった。このように、鋼鉄はレールに使用する金属として不動の地位を確立し、全ての鉄道の標準となった。

1807年、世界初の旅客運送を行う[[トラム]]（路面鉄道）である[[スウォンジー・アンド・マンブルズ鉄道]]が[[ウェールズ]]の[[スウォンジー]]と[[マンブルズ]]の間に開通した<ref>{{cite web| url=http://www.bbc.co.uk/wales/southwest/sites/swansea/pages/mumbles_trainanniv.shtml| title=Early Days of Mumbles Railway| date=15 February 2007| publisher=BBC| accessdate=19 September 2007}}</ref>。19世紀の終わりまで、馬は蒸気機関の発達後もトラムの牽引手段として好ましい方法であり続けた。主な理由としては、街中の通りを通るその性質上煙を大量に出す蒸気機関車は好ましくなかったことが挙げられる。

=== 蒸気機関導入 ===
{{main|蒸気機関車}}
[[スコットランド]]出身の[[発明家]]、機械技術者である[[ジェームズ・ワット]]は、これまで鉱山から水を汲み出すのに使用されていた[[トーマス・ニューコメン]]の[[蒸気機関]]を大幅に改良した。ワットは1769年に車輪を動かすことができる[[レシプロエンジン]]を開発した。ワットエンジンは木綿工場や様々な機械類を動かすのに使用されたが、それは大型の定置エンジンであった。当時のボイラー技術ではシリンダー内の真空に作用する低圧蒸気の使用を必要としたが、これには別の[[復水器]]と空気ポンプが必要であった。それにもかかわらず、ボイラーの構造が改善されるにつれてワットはピストンに直接作用する高圧蒸気の使用を考え始めた。これが実用化されるとより小型のエンジンが製作でき、それは鉄道車両を動かすことに使用できる可能性があったことから、ワットは1784年に蒸気機関車のために設計の特許を取得した。ワットの被雇用者であった[[ウィリアム・マードック]]は同年に自走式蒸気輸送機関の試作車を製作した<ref>{{cite book | last=Gordon | first=W. J. | year=1910 | title=Our Home Railways, volume one | publisher=Frederick Warne and Co | location =London | pages =7–9 }}</ref>。

[[File:TrevithicksEngine.jpg|thumb|スウォンジーの[[国立ウォーターフロント博物館]]で展示されているトレビシックエンジンのレプリカ]]
最初の本格的な実用鉄道蒸気機関車は、[[コーンウォール]]生まれのイギリス人機械技術者の[[リチャード・トレビシック]]によって1804年にイギリスで製作された。これは高圧蒸気を使用してエンジンを1パワーストロークで駆動した。トランスミッションシステムにはピストンロッドの作用を平準化するために大型の[[フライホイール]]を採用した。1804年2月21日、[[サウス・ウェールズ]]の[[マーサー・ティドビル]]近郊の[[ペナダレン]]で世界初の蒸気機関車の運行が開始された<ref>{{cite web|url=http://www.museumwales.ac.uk/en/rhagor/article/trevithic_loco/|title=Richard Trevithick's steam locomotive|work=National Museum Wales|deadurl=yes|archiveurl=https://web.archive.org/web/20110415125004/http://www.museumwales.ac.uk/en/rhagor/article/trevithic_loco|archivedate=15 April 2011|df=dmy-all|accessdate=15 April 2011}}</ref><ref>{{cite news| title = Steam train anniversary begins| url = http://news.bbc.co.uk/1/hi/wales/3509961.stm| publisher = BBC| accessdate = 2009-06-13| quote = サウス・ウェールズの町は蒸気機関車の発明の200周年を迎えるために数ヶ月の祭典を始めた。マーサー・ティドビルは、1804年2月21日にリチャード・トレビシックが地元の製鉄所の雇い主の保有する路面電車の路線に高圧蒸気機関車の内の1両を投入し世界を鉄道時代に導いた場所である。| date=21 February 2004}}</ref>。トレビシックは後にロンドンの[[ブルームスベリー]]に敷設された円形の軌道上を走行する蒸気機関車[[キャッチ・ミー・フー・キャン]]を実演走行させたが、この機関車は非常に重く軌道が長時間の荷重に耐え切れないため実験車両の域を出なかった<ref>{{cite book |title=The Pictorial Encyclopedia of Railways |author=Hamilton Ellis |publisher=The Hamlyn Publishing Group |year=1968 |page=12}}</ref>。

[[File:Blenkinsop's rack locomotive, 1812 (British Railway Locomotives 1803-1853).jpg|thumb|left|サラマンカ機関車]]
最初の商業的に成功した蒸気機関車は1812年に[[リーズ]]の[[ミドルトン鉄道]]のために[[マシュー・マレー]]が製作した[[ラック式鉄道|ラック式]]機関車[[サラマンカ (機関車)|サラマンカ]]であった。この機関車はエッジレールの軌道を走行するのに十分な重さではなく、一方のレールの側面にラックを、機関車に[[歯車]]をつけて[[ラック・アンド・ピニオン|噛み合わせる]]ことで[[粘着式鉄道|粘着力]]の問題を解決した。また、このことからミドルトン鉄道は世界初の[[ラック式鉄道]]である<ref group="注釈">ただし、この鉄道では急勾配を登るためではなく機関車の空転を防止するために導入されたため、登坂用としてラック式を導入した鉄道に限ると1868年に開業したアメリカ合衆国の[[ワシントン山歯軌条鉄道]]が世界初となる。</ref>。

これに続いて1813年には[[クリストファー・ブラケット]]と[[ウィリアム・ヘドリー]]が[[ウィラム]]炭鉱鉄道用に製作した[[パッフィンビリー (機関車)|パッフィンビリー機関車]]が登場した。この機関車は多数の車輪に重量を分散することで粘着力の問題を解決した。パッフィンビリー機関車は現在ロンドンの[[サイエンス・ミュージアム]]に展示されており、現存する世界最古の蒸気機関車である<ref>{{cite book |title=The Pictorial Encyclopedia of Railways |author=Hamilton Ellis |publisher=The Hamlyn Publishing Group |year=1968 |pages=20–22}}</ref>。

[[File:Locomotion No. 1..jpg|thumb|ダーリントン鉄道センターおよび博物館に展示されているロコモーション機関車]]
1814年、[[ジョージ・スチーブンソン]]はトレビシックの初期の機関車、マレーとヘドリーに触発され[[キリングワース]]炭鉱のマネージャーを説得し、そこで蒸気機関車の製作を許可された。スチーブンソンは蒸気機関車の開発と普及に中心的な役割を果たした。スチーブンソンの設計は初期から段階を踏むにつれ改善していった。スチーブンソンは[[キリングワース機関車]]を製作した。これもまた成功した[[フランジ]]付き車輪を用いた粘着式機関車である。1825年にスチーブンソンはイギリス北東に路線を持っていた[[ストックトン・アンド・ダーリントン鉄道]]のために[[ロコモーション1号]]機関車を製造した。これによりストックトン・アンド・ダーリントン鉄道は1825年に世界初の公共蒸気鉄道となったが、この時点で列車の牽引には蒸気機関車と馬の両方を使用していた。1829年にスチーブンソンは[[ロケット号]]を製作した。ロケット号は[[リバプール・アンド・マンチェスター鉄道]]に使用する蒸気機関車を決定するための[[レインヒル・トライアル]]に参加し優勝を収めた。この成功により、スチーブンソンはイギリス、[[アイルランド]]、アメリカ合衆国、そしてヨーロッパの大部分の国で蒸気機関車の著名な製作者として認識されるようになり、自分自身の会社を設立するに至った<ref name="Ellis">{{cite book |title=The Pictorial Encyclopedia of Railways |last=Ellis |first=Hamilton |publisher=Hamlyn Publishing Group |year=1968}}</ref>{{RP|24–30}}。列車の牽引に蒸気機関車だけを使用した最初の公共鉄道は、1830年に開業したリバプール・アンド・マンチェスター鉄道であった。

[[ファイル:JNR150SL.jpg|thumb|240px|right|[[交通博物館]]にて展示されていた150形蒸気機関車]]
日本では鉄道という概念が1853年7月に長崎に来航した[[ロシア]]の[[エフィム・プチャーチン]]によって伝えられた。プチャーチンは[[江戸幕府]]との開国の交渉による滞在中に何名かの日本人を船に招き入れ、そこで蒸気機関車の模型を走らせて見せた。また、翌1854年には[[マシュー・ペリー]]が二度目の来航に際して蒸気機関車の模型を持ち込み、横浜で実演走行を行った。この模型は人もなんとか乗れるほどの大きさであり[[河田迪斎|河田八之助]]が客車の屋根にまたがり乗車、[[江川英龍|江川太郎左衛門]]が運転を成功させている<ref>静岡新聞社『ふるさと百話 12』 pp. 138-139</ref>。模型ではなく実物の機関車が走ったのは1865年のことで、[[長崎県]][[長崎市]]の現[[長崎電気軌道]]大浦支線[[メディカルセンター停留場]]付近に[[トーマス・ブレーク・グラバー]]が600メートルほどの線路を敷設し、蒸気機関車「アイアンデューク号」と客車2両の編成で長崎の人々を乗せて実演走行を行った。最初の営業鉄道はお雇い外国人の[[エドモンド・モレル]]や日本の鉄道の父[[井上勝]]により建設され、1872年10月14日に[[汐留駅 (国鉄)|新橋駅]] - [[桜木町駅|横浜駅]]間で正式開業した<ref>{{Cite book|和書|author=牧原憲夫|authorlink=牧原憲夫|year=2008|month=12|title=文明国をめざして|series=全集日本の歴史13|publisher=小学館|isbn=978-4-09-622113-6|pages=170-173}}</ref>。この営業路線開業に伴い納入された10両の機関車の内、最も早く日本に到着した車両が"1号機関車"としても知られる[[国鉄150形蒸気機関車|150形蒸気機関車]]で、1958年に第1回[[鉄道記念物]]に、1997年4月18日に国の[[重要文化財]]に指定されている。150形蒸気機関車は現在[[さいたま市]]の[[鉄道博物館 (さいたま市)|鉄道博物館]]に展示されている。

蒸気機関は1世紀以上にわたり、世界中の鉄道の支配的な動力源であり続けた。

=== 電気鉄道の登場 ===
{{main|電気機関車|電車|鉄道の電化}}
最初の[[電気機関車]]は[[スコットランド]]の[[アバディーン]]の化学者[[ロバート・デビッドソン (発明家)|ロバート・デビットソン]]によって1837年に製作された。この電気機関車は[[ガルバニ電池]]を動力として使用していた。したがってこの機関車は世界初の電池式電気機関車でもあった。デイビッドソンは後に、1841年に[[ロイヤル・スコティッシュ・ソサエティ・オブ・アーツ]]展に展示されたガルバニ号と名付けられたより大型の電気機関車を製作した。7トンのこの機関車は2機の[[ダイレクトドライブ|直接駆動]]式[[リラクタンスモータ|磁気抵抗モーター]]を搭載しており、固定電磁石は各車軸の木製シリンダーに取り付けられた鉄筋に作用し、単純な[[整流子]]が付けられていた。この機関車は1マイル半（2.4キロメートル）の距離を時速6キロメートル（4マイル毎時）で6トンの積荷を運んでいた。機関車は翌年の9月に[[エディンバラ・アンド・グラスゴー鉄道]]で試運転が行われたが、動力が電池であることから限られた時間しか連続で走ることができず、一般列車牽引用として使用するにはまだ未成熟なものであった。鉄道労働者たちは自分の仕事の安全に対する脅威と見なし機関車を破壊した<ref>{{cite book|last1=Day|first1=Lance|last2=McNeil|first2=Ian|title=Biographical dictionary of the history of technology|year=1966|publisher=Routledge|location=London|isbn=978-0-415-06042-4|chapter=Davidson, Robert}}</ref><ref>{{cite book|last=Gordon|first=William|title=Our Home Railways|publisher=Frederick Warne and Co|location=London|year=1910|volume=2|page=156|chapter=The Underground Electric}}</ref><ref name="ReferenceA">Renzo Pocaterra, ''Treni'', De Agostini, 2003</ref>。

[[File:First electric tram- Siemens 1881 in Lichterfelde.jpg|thumb|right|グロース＝リヒターフェルデ電気軌道、1882年撮影]]
[[ヴェルナー・フォン・ジーメンス]]は1879年に[[ドイツ]]の[[ベルリン]]で電気鉄道を展示した。1881年、ジーメンスはベルリン近郊の[[リヒターフェルデ]]に世界初の電気鉄道路線[[グロース＝リヒターフェルデ電気軌道]]を開業させた。電気軌道の車両は[[直流]]180ボルトのモーターで走行し、電気は架線や第三軌条ではなく列車が走行している線路から供給された。1891年に路線は[[架空電車線方式]]に変更され[[ベルリン＝リヒターフェルデ西駅]]まで延伸された。[[ヴォルクの電気鉄道|ヴォルク電気鉄道]]は1883年にイギリスの[[ブライトン]]で開業した。この鉄道は現存する最古の電気鉄道路線で、かつ世界初の第三軌条方式の鉄道である。また、同年に[[オーストリア]]の[[ウィーン]]近郊に[[メードリング・アンド・ヒンターブリュール路面電車]]が開業した。[[路面電車]]は世界初の架空電車線方式を採用した鉄道であり、かつ定期列車の運行を行った世界初の路面電車である。5年後の1888年、アメリカ合衆国初の電気鉄道である[[リッチモンド・ユニオン旅客鉄道]]が[[バージニア州]][[リッチモンド (バージニア州)|リッチモンド]]において[[フランク・スプレイグ|フランク・J・スプレイグ]]が設計した機器を使用し開業した<ref>{{cite web|url=http://www.ieee.org/web/aboutus/history_center/richmond.html|title=Richmond Union Passenger Railway|publisher=[[IEEE|IEEE History Center]]|accessdate=2008-01-18|archive-url=https://web.archive.org/web/20081201032737/http://www.ieee.org/web/aboutus/history_center/richmond.html|archive-date=1 December 2008|dead-url=yes|df=dmy-all}}</ref>。

[[File:B-and-O electric.jpg|thumb|right|ボルチモア・アンド・オハイオ鉄道の電気機関車]]
幹線における最初の電化は1895年にアメリカ合衆国の[[ボルチモア・アンド・オハイオ鉄道]][[ボルチモア・ベルト線]]の4マイルの区間で行われ、ボルチモア・アンド・オハイオ鉄道の主要区間と[[ニューヨーク|ニューヨーク市]]への路線が一連のトンネルを介して結ばれた。また、同年に日本では日本初の営業電気鉄道である[[京都電気鉄道]]が東洞院塩小路下ル - 伏見下油掛間を開業させている。1897年にスプラーグが発明した複数単位の列車制御装置の成功を受け、急速に地下鉄の動力が蒸気から電気へ置き換えられ始めた。1900年代初頭までには、ほとんどの路面電車が電化された。

[[ファイル:MeijiMuraTrolleyNumber1.jpg|thumb|left|京都電気鉄道の1911年（明治44年）製電車（[[博物館明治村]]にて）]]

世界最古の地下鉄である[[メトロポリタン鉄道]]（現在の[[ロンドン地下鉄]]の一部）は1863年に開業し、1890年に現在のロンドン地下鉄[[ノーザン線]]の一部である[[シティ・アンド・サウス・ロンドン鉄道]]が第四軌条方式<ref group="注釈">列車の走行する2本の線路の他に走行線路の外側に電力を供給する線路、走行線路の間に帰電を行う線路を敷設する電化方式。</ref>を使用し電化開業した。世界初の電化された地下鉄路線かつ主要な鉄道路線として初めて電化された路線で、更に世界で初めて地下深くの位置に建設された「チューブ<ref group="注釈">地下深くに[[シールドトンネル]]を使用して円形断面で建設された地下鉄道のこと。</ref>」でもある<ref>{{cite book |last=Wolmar |first=Christian |title = The Subterranean Railway: How the London Underground Was Built and How It Changed the City Forever |publisher = Atlantic Books |isbn=1-84354-023-1 |origyear=2004 |year=2005 |ref=harv}}</ref>。路線は、[[シティ・オブ・ロンドン]]から[[テムズ川]]の下を潜って[[ストックウェル (ロンドン)|ストックウェル]]までの間を結んでいた<ref>{{cite news|title=A brief history of the Underground|url=https://tfl.gov.uk/corporate/about-tfl/culture-and-heritage/londons-transport-a-history/london-underground/a-brief-history-of-the-underground|publisher=Transport for London.gov.uk|date=15 October 2017}}</ref>。

[[File:Baker Street Waterloo Railway platform March 1906.png|thumb|right|1900年代初頭、[[ロンドン地下鉄]]の列車を待つ人々|alt=Sketch showing about a dozen people standing on an underground railway platform with a train standing at the platform. Several more people are visible inside the train, which has the words "Baker St" visible on its side.]]

最初の実用的な[[交流]]電気機関車は[[チャールズ・ユージーン・ランスロット・ブラウン|チャールズ・ブラウン]]によって設計され、その後[[スイス]]の[[チューリッヒ]]にある[[エリコン機械工場]]で使用されていた。1891年にブラウンは[[ドイツ]]の[[ラウフェン・アム・ネッカー]]と[[フランクフルト・アム・マイン|フランクフルト・アム・マイン・ウェスト]]にある[[水力発電|水力発電所]]の間で、[[三相交流]]を使用して距離280キロメートルの長距離送電を実証した。ブラウンは[[ハイルマン機関車|ジーン・ハイルマン]]で蒸気電気機関車の設計に携わっていたときに得た経験を活かし、[[交流電動機|三相交流モーター]]は[[直流]]モーターよりも高い出力対重量比を持ち、[[整流子]]がないことから製造と保守がより簡単であることを見出した<ref>ハイルマンは機関車について交流と直流の両方の送電を評価したが、最終的には[[トーマス・エジソン]]の直流システムに基づく設計に決定した – Duffy (2003), pp. 39–41</ref>。しかし、当時の三相交流モーターは直流モーターよりもはるかに大きく床下[[鉄道車両の台車|台車]]に搭載することが不可能であり、機関車の車体内部に収めるほか無かった{{sfnp|Duffy|2003|p=129}}。

1894年、[[ハンガリー]]の技術者[[カンドー・カールマーン]]は電気機関車用の新しいタイプの三相交流非同期電気駆動モーターと発電機を開発した。カールマーンの1894年初頭のデザインは、1896年から1898年の間に建設された[[フランス]]の[[エヴィアン＝レ＝バン]]にある短い三相交流電化がなされた路面電車で使用された<ref>{{cite book|author=Andrew L. Simon|title=Made in Hungary: Hungarian Contributions to Universal Culture|publisher=Simon Publications LLC|year=1998|page=264|isbn=978-0-9665734-2-8|url=https://books.google.com/?id=cMxL4OUv-gEC&pg=PA264&dq=Evian-les-Bains+kando#v=onepage&q=Evian-les-Bains%20kando&f=false}}</ref><ref>{{cite book|author=Francis S. Wagner|title=Hungarian Contributions to World Civilization|publisher=Alpha Publications|year=1977|page=67|isbn=978-0-912404-04-2}}</ref><ref>{{cite book|author=C.W. Kreidel|title=Organ für die fortschritte des eisenbahnwesens in technischer beziehung|year=1904|page=315}}</ref><ref>{{cite book|title=Elektrotechnische Zeitschrift: Beihefte, Volumes 11–23|page=163|publisher=VDE Verlag|year=1904}}</ref><ref>{{cite book|title=L'Eclairage électrique, Volume 48|page=554|year=1906}}</ref>。

1896年、エリコンは三相交流電気機関車を[[ルガーノの路面電車|ルガーノ路面電車]]に最初の商業用例として導入した。各30トンの電気機関車は2本の架線から送電される三相交流750ボルト40ヘルツの電気で2機の110キロワット（150馬力）のモーターを動かしていた。三相交流モーターは定速で[[回生ブレーキ|回生制動]]を行うことができ、急勾配の連続する路線に適していた。そして1899年に最初の幹線用三相交流電気機関車がブラウンと[[ブラウン・ボベリ|ウォルター・ボベリ]]によって製作され、[[スイス]]にある全長40キロメートルの[[ブルクドルフ-トゥーン鉄道]]で運行を開始した。

[[File:Ganz engine Valtellina.jpg|thumb|ガンツ製交流電気機関車の試作車、1901年イタリア共和国ヴァルテッリーナにて撮影]]
[[イタリア]]の鉄道は、世界で初めて短い区間ではなく幹線の全体に渡って電化を行った。カールマーンと[[ガンツ (企業)|ガンツ]]の協力で建設された全長106キロメートルの[[ヴァルテッリーナ]]線は1902年9月4日に開業した{{sfnp|Duffy|2003|p=120–121}}<ref name="Patent Office" />。電気系統は三相交流の3キロボルト15ヘルツであった。1918年<ref>{{cite book|author=Michael C. Duffy|title=Electric Railways 1880–1990|publisher=[[IET]]|year=2003|page=137|isbn=978-0-85296-805-5|url=https://books.google.com/?id=cpFEm3aqz_MC&pg=PA137&dq=close+links+between+ganz#v=onepage&q=close%20links%20between%20ganz&f=false}}</ref>、カールマーンは回転位相変換器を発明、開発した。この発明により、高電圧全国ネットワークの簡単な産業用周波数（50ヘルツ）の[[単相交流]]を電気機関車に供給し三相交流モーターを駆動させることができるようになり、また今まで三相交流電化区間では架線が2本必要であったところを1本で済むようにできるようになった<ref name="Patent Office">{{cite web|url=http://www.mszh.hu/English/feltalalok/kando.html|title=Kálmán Kandó (1869–1931)|author=Hungarian Patent Office|publisher=www.mszh.hu|accessdate=2008-08-10}}</ref>。

交流電化のより広い採用への重要な貢献は第二次世界大戦後の[[フランス国鉄]] (SNCF) によって行われた。同社は交流50ヘルツで試験を実施し、それを標準として確立した。この成功した試験に基づいて、現在は産業用周波数とも呼ばれる50ヘルツが世界中の幹線で標準として採用された{{sfnp|Duffy|2003|p=273}}。なお、日本では[[商用電源周波数]]が[[富士川]]を境に東側が50ヘルツ、西側が60ヘルツに分かれており、鉄道の交流電化路線も東西で50ヘルツの路線と60ヘルツの路線に分かれている。

=== ディーゼルエンジンの導入 ===
{{see also|ディーゼル機関車|気動車}}
[[File:Priestmann Oil Engine - Fig 150 p461 The Steam engine and gas and oil engines John Perry.PNG|thumb|left|ジョン・ペリー著『The Steam engine and gas and oil engines』（1900年）に載せられたプリーストマン・オイル・エンジンの図]]

鉄道用の内燃機関の最も初期に記録された例には、1888年に[[ウィリアム・トムソン]]卿がそれを 「［プリーストマン・オイル・エンジン］は、機関車に使用する目的で石油エンジンの適用を示すために一時的な線路上で作業されているトラックに搭載されていた。」と表現した[[ウィリアム・デント・プリーストマン]]によって設計された[[プロトタイプ]]が含まれていた<ref>{{citation|magazine= The Engineer| date = 24 April 1956| page = 254| title = Motive power for British Railways|url = http://www.gracesguide.co.uk/images/5/56/Er19560824.pdf| volume =202}}</ref><ref>{{citation| url = |journal = The Electrical Review| volume =22|page = 474| date= 4 May 1888|quote = ''A small double cylinder engine has been mounted upon a truck, which is worked on a temporary line of rails, in order to show the adaptation of a petroleum engine for locomotive purposes, on tramways''}}</ref>。1894年に[[プリーストマン・ブラザーズ]]によって製作された20馬力（15キロワット）の2車軸車両が[[ハル港|ハル・ドック]]で使用された<ref>{{citation|journal = Diesel Railway Traction|volume = 17|year= 1963|page=25| quote=''In one sense a dock authority was the earliest user of an oil-engined locomotive, for it was at the Hull docks of the North Eastern Railway that the Priestman locomotive put in its short period of service in 1894''}}</ref>。

1906年、[[ルドルフ・ディーゼル]]、[[アドルフ・クローゼ]]および蒸気機関とディーゼル機関の製造業者[[スルザー]]が[[ディーゼル機関車]]を製造するためにディーゼル-スルザー-クローゼ有限会社を立ち上げた。スルザーは1898年以来[[ディーゼルエンジン]]を製造していた。[[プロイセン邦有鉄道]]は1909年に同社にディーゼル機関車を発注した。世界初のディーゼル機関車は1912年の夏にスイスの[[ヴィンタートゥール-ローマンスホルン鉄道]]で運行が開始されたが、商業的には成功しなかった{{sfn|Churella|1998|p=12}}。この機関車の重量は95トンで、出力は883キロワット、最高速度は時速100キロメートルであった<ref>{{cite book | last = Glatte | first = Wolfgang | title = Deutsches Lok-Archiv: Diesellokomotiven 4. Auflage| publisher = Transpress| year =1993| location =Berlin| isbn =978-3-344-70767-5 }}</ref>。1920年代半ばまでに少数の試作ディーゼル機関車が多くの国で生産された。

[[File:Limousin2010RVT01.jpg|thumb|right|[[スイス]]と[[ドイツ]]の共同生産により1914年に製造された世界初の機能的な電気式ディーゼル機関車]]
[[ゼネラル・エレクトリック]]の電気技師[[ヘルマン・レンプ]]が信頼性の高い直流電気制御システムを開発し特許を取得した1914年に、ディーゼル機関車に大きな進歩があった<ref>Lemp, Hermann. U.S. Patent No. 1,154,785, filed April 8, 1914, and issued September 28, 1915. ''Accessed via Google Patent Search at: [https://www.google.com/patents?vid=USPAT1154785&id=UhpBAAAAEBAJ&dq=1154785 US Patent #1,154,785] on February 8, 2007.''</ref>。レンプの設計は、エンジンと発電機の両方を協調的に制御するために単一のレバーを使用する、全てのディーゼル電気機関車制御システムのプロトタイプであった。1914年に[[ラシュタット車両製造]]が[[ブラウン・ボベリ]]の電気機器と[[スルザー]]のディーゼルエンジンを使用して世界初の機能的な[[ディーゼル機関車#電気式|電気式ディーゼル機関車]]を製造し、[[王立ザクセン邦有鉄道]]に納入した。それらの機関車はDET 1形とDET 2形に分類された。電気式ディーゼル機関車は当初旅客列車や貨物列車の牽引ではなく構内での列車の入換用として使用されていた。また、ゼネラル・エレクトリックは1930年代にいくつかの小型入換用ディーゼル機関車を製造し、1940年には有名な[[GE 44トンディーゼル機関車]]が導入された。[[ウェスティングハウス・エレクトリック]]と[[ボールドウィン・ロコモティブ・ワークス]]は1929年から共同で入換用ディーゼル機関車の製造を行った。

1929年、[[カナディアン・ナショナル鉄道]]はウェスティングハウスから9000号機と9001号機の2両を購入し、北米初の本線系統でディーゼル機関車を使用する鉄道会社となった{{sfn|Pinkepank|1973|p=409}}。

[[ファイル:JNRDF50 1 sul.jpg|thumb|日本初の本格的な量産が行われたDF50形ディーゼル機関車]]

日本では1923年に[[堀之内軌道]]が馬車鉄道から動力変更するためにオットー・ドイッツ社製のディーゼル機関車を使用し、公共鉄道として日本で初めてディーゼル機関車を導入した鉄道となっている。また、普通鉄道では1929年と1930年にそれぞれドイツから[[鉄道省]]に納入された[[国鉄DC11形ディーゼル機関車|DC11形ディーゼル機関車]]と[[国鉄DC10形ディーゼル機関車|DC10形ディーゼル機関車]]が日本初となる。しかしながら、この段階では量産を行えるほどの技術がなく、また技術の成熟している蒸気機関車の性能の方が高いこともあって量産は行われなかった。本格的な量産が行われたのは1957年より量産の開始された電気式の[[国鉄DF50形ディーゼル機関車|DF50形ディーゼル機関車]]からで、翌1958年からは液体式で入換用の[[国鉄DD13形ディーゼル機関車|DD13形ディーゼル機関車]]、4年後の1962年からは液体式で本線運用に就く[[国鉄DD51形ディーゼル機関車|DD51形ディーゼル機関車]]が量産され始めた。[[気動車|ディーゼルカー]]では液体式の[[国鉄キハ10系気動車|キハ10系気動車]]がDF50形ディーゼル機関車より前の1953年から量産されており、本形式が日本初の量産されたディーゼルカーとなっている。これ以前にも"気動車"という括りでは機械式ガソリンカーの[[国鉄キハ04形気動車|キハ41000形気動車]]を1932年より量産している。

=== 高速鉄道 ===
{{main|高速鉄道|新幹線}}
蒸気機関車およびディーゼル機関車を使用する高速列車はヨーロッパで1960年代以前に運行が開始されたが、それらはあまり成功しなかった。

[[File:Shinkansen type 0 Hikari 19890506a.jpg|thumb|1964年に開通した[[東海道新幹線]]により都市間での移動に鉄道が使われるようになった]]

最初の電化[[高速鉄道]]である[[東海道新幹線]]が1964年10月1日に[[東京駅]] - [[新大阪駅]]間で開業した。この時導入された[[新幹線0系電車|0系新幹線]]は世界で初めて時速200キロメートル以上で営業運転を行った鉄道車両となった。この新幹線の成功により自動車や航空機との競争に敗れ斜陽化していた鉄道が一大輸送機関として見直されるようになった。これ以来時速300キロメートルを超える高速鉄道が日本や[[スペイン]]、[[フランス]]、[[ドイツ]]、[[イタリア]]、[[中華人民共和国]]、[[中華民国]] (台湾)、[[イギリス]]、[[大韓民国|韓国]]、[[スカンディナヴィア]]、[[ベルギー]]、[[オランダ]]などで建設されてきた。これらの高速鉄道が建設されたことにより自動車や航空機との所要時間の差が埋まり、道路の渋滞や航空便の遅延を嫌う乗客が鉄道に乗車するようになった。また、二酸化炭素を大量に排出する自動車や航空機よりも環境問題の点でも優位に立った。

高速鉄道は、基本的に[[標準軌]]で[[軌条#ロングレール|ロングレール]]と呼ばれる全長200メートル以上の線路が使用される。このため日本では[[日本国有鉄道|国鉄]]・[[JR|JR各社]]の[[在来線]]が[[狭軌]]である一方、[[新幹線]]では標準軌が採用されている<ref group="注釈">なお、在来線でも新幹線との直通を行う[[奥羽本線]]の一部と[[田沢湖線]]では標準軌が採用されている。</ref>。また、高速で走行するためなるべく曲線では[[線形 (路線)#直線と曲率半径・曲率|曲率半径]]を大きく取り減速を最小限にしたり、[[分岐器]]では高速通過を可能にするため[[分岐器#ノーズ可動式分岐器|ノーズ可動式]]を採用し、更にクロッシング角を小さく（[[分岐器#番数|番数]]を大きく）取って分岐側へ通過する場合の減速を抑えたり、[[踏切]]は危険であるため[[立体交差]]にしたりといった工夫がなされている。高速鉄道はほとんどの場合旅客輸送用に設計されているが、一部の高速鉄道では貨物輸送を行うことも可能である。

== 列車 ==
{{main|列車}}
[[列車]]とは[[線路 (鉄道)|線路]]上を走行する旅客および貨物を輸送するための鉄道車両である。なお、専門的には[[停車場]]（[[鉄道駅|駅]]）外の線路を運転させる目的で組成された車両のことを特に列車と呼ぶため、運転することを目的とせず留置されている場合は列車ではなく単なる車両という扱いになる<ref>[[#鉄道辞典下|『鉄道辞典 下巻』pp.1775 - 1776]]</ref>。また、この条件を満たしていれば連結を行わず1両（単行）で運行されるものも列車となる<ref>{{Cite web|和書| url = https://kotobank.jp/word/%E5%88%97%E8%BB%8A-661736#E4.B8.96.E7.95.8C.E5.A4.A7.E7.99.BE.E7.A7.91.E4.BA.8B.E5.85.B8.20.E7.AC.AC.EF.BC.92.E7.89.88 | title = 列車 | publisher = コトバンク（世界大百科事典 第2版） | accessdate = 2018-02-11}}</ref>。列車の推進力は独立した機関車によって供給される[[動力集中方式]]か、編成内の[[動力車]]にあるモーターから供給される[[動力分散方式]]のどちらかとなっている。ほとんどの列車は旅客・貨物の輸送を行う営業運転に就くが、一部の列車（[[新幹線923形電車|ドクターイエロー]]など）は保線などを目的とし営業運転に就くことが無い。列車は基本的に[[動力車操縦者]]（俗に言う運転士）が運転を行うが、[[新交通システム]]などの一部の路線では無人運転が行われている。

=== 動力方式 ===
[[File:DB Schenker 189 083 met ketelwagens (8743568909).jpg|thumb|動力集中方式の列車の例（[[ドイツ鉄道]]189型電気機関車の重連運転）]]
列車は[[鉄道車両]]と呼ばれる旅客または貨物、あるいはその両方を輸送することができる車両から編成される。

列車は伝統的に機関車によって牽引される。これを動力が機関車に集約されていることから[[動力集中方式]]という。これは、列車の前部に1両以上の動力付き車両<ref group="注釈">ここでは乗客の乗車が一切できない、あるいは車両の半分からそれ以下のスペースが客室となっている車両のことを指す。</ref>が配置されるもので、列車の全重量を牽引するのに十分な牽引力を発揮する。この形態は貨物列車では依然として支配的な方式となっており、旅客列車でもよく使われている。日本では[[寝台特急]]の廃止が相次ぎ動力集中方式の旅客列車は姿を消しつつある。また、機関車を2両以上連結して列車を牽引する[[重連運転]]も動力集中式となる。この方式では折り返しの際に機関車を反対側に付け替える[[機回し]]が必要であるため折り返しに時間が掛かっており、この欠点を解消し折り返し時間の短縮を図る目的で列車の前後に機関車を配置する[[プッシュプル列車|プッシュプル方式]]が存在している。プッシュプル方式は準動力集中方式とも呼ばれ、ヨーロッパでは[[インターシティー125|HST]]や[[ICE 1]]などの高速列車でこの方式が採用されている<ref>{{Cite book |和書 |author=石井幸孝ほか |year=2007 |title=幻の国鉄車両 |publisher=JTBパブリッシング |series=キャンブックス |pages=150-153 |isbn=978-4-533-06906-2}}</ref><ref>{{Cite journal |和書 |author=渡邉朝紀 |title=ICE列車ファミリー |date=1997 |publisher=[[電気学会]] |journal=電気学会誌 |volume=117 |issue=5 |url=http://jlc.jst.go.jp/JST.Journalarchive/ieejjournal1994/117.289 |pages=289-292  |ref=harv}}</ref>。日本では旅客列車でプッシュプル方式を採用しているのは[[大井川鐵道井川線]]<ref>和田洋『客車の迷宮』、交通新聞社、2016年、67頁、ISBN 978-4330656168</ref>を除くと[[奥出雲おろち号]]や[[嵯峨野観光鉄道]]などの観光鉄道に限られている。

[[ファイル:Concentrated-Distributed traction.png|center]]

[[Image:JR East E235 Series No.14 Formation 20180609.jpg|thumb|動力分散方式の列車の例（JR東日本[[JR東日本E235系電車|E235系]]）]]

動力集中方式に対し、編成内の複数の車両に動力を持つ列車のことを[[動力分散方式]]と呼ぶ。これには[[電車]]や[[気動車]]が含まれる。動力分散方式の列車では[[電動機]]や[[ディーゼルエンジン]]などの動力を持つ車両を[[動力車|電動車]]あるいは[[動力車]] (M、Motorの略)、持たない車両を[[付随車]] (T、Trailerの略) と呼ぶ。編成における動力車と付随車の比率を[[MT比]]と言い、動力車1両・付随車2両の3両編成なら1:2あるいは1M2Tというように表される。基本的に動力分散方式では編成の前後に運転台があり動力集中方式の欠点である機回しの必要が無いほか、動力集中方式の列車よりも[[起動加速度]]{{efn|走行速度が0の時の[[加速度]]を示す数値のこと<ref>{{Cite book |和書 |author=PHP研究所 |year=2013 |title=阪急電鉄のひみつ |page=105}}</ref>。}}を高くすることができ、各駅停車などの加減速を頻繁に行う列車では所要時間の大幅な短縮が可能となる。しかしながら、モーターやエンジンを客室の真下に積むことから騒音や振動によって乗り心地を損なったり、動力の搭載数が多いことから製造費・維持費が動力集中方式に比べ高いなどの欠点も存在する。動力分散方式は海外では主に高速列車に使用される方式であるが、日本ではほとんどの旅客列車が動力分散方式を採用している。また、貨物列車でも動力分散方式を採用している列車が少数ながら存在し、日本では[[日本貨物鉄道|JR貨物]]の[[JR貨物M250系電車|M250系]]が動力分散方式の貨物列車となっている<ref>{{Cite journal|和書|author=森田英嗣 |year= 2004|month=8 |title=JR貨物 スーパーレールカーゴ M250系直流貨物電車|journal=[[鉄道ジャーナル]] |issue=454 |pages= 82 |publisher=鉄道ジャーナル社 }}</ref>。

=== 動力 ===
[[File:HŽ 7123 series DMU (06).JPG|thumb|[[クロアチア鉄道]]の気動車[[レギオスウィンガー]]]]
[[蒸気機関車]]は[[蒸気機関]]を用いて物が燃焼した際に出る蒸気の力を使用して走行する車両である。蒸気機関車では[[石炭]]、[[石油]]、[[木材]]を火室で燃焼させ、ボイラー内の水を沸騰させて加圧蒸気を作る。蒸気は煙突を介して外に放出される前に煙室を通過する。この一連の流れの中で[[駆動輪]]の[[コネクティングロッド]]と[[クランクシャフト|クランクピン]]を介して動力を伝達する[[ピストン]]か、駆動輪のクランクに直接動力が供給される。蒸気機関車は経済的、環境的および安全上の問題から世界のほとんどの地域で廃止されてきたが、[[保存鉄道]]として[[動態保存]]されていることも多い。

[[電気機関車]]と[[電車]]は[[架空電車線方式]]では[[架線]]、[[第三軌条方式]]では[[第三軌条方式|第三軌条]]から電気を取り入れて走行する。また、近年は[[電池]]を使用し非電化路線に乗り入れることが可能な[[電気機関車#蓄電池機関車|蓄電池機関車]]や[[蓄電池電車]]が開発されている。高電圧[[交流]]を動力とする機関車では、機関車内の[[変圧器]]が取り込まれた高電圧低電流を車輪に動力を供給する[[電動機|トラクションモーター]]で使用される低電圧高電流に変換する。モーターは交流区間では[[誘導電動機|三相誘導電動機]]、[[直流]]区間では[[直流電動機]]などが主に使用されている。一般に電気機関車と電車は蒸気機関車やディーゼル機関車、気動車に比べて二酸化炭素の排出量が大幅に少ないため、近隣地区の大気汚染が起こらず地球温暖化対策にもなる。しかし、電化にあたって必要となる架線や第三軌条、変電所などの給電施設への高額の資本投資、そしてそれを維持するための高額の維持費が必要であるため、[[ローカル線]]などの乗客の少ない路線では投資に見合うほどの利益が得られないことから非電化となっていることが多い。また、直流と交流の電化方式の違う区間は[[交直流電車|交直両用電車]]と呼ばれる直流と交流の双方に対応した電車でないと直通することができないため、一方の電源にしか対応していない車両は運行区間の制限が掛かってしまう。

[[ディーゼル機関車]]と[[気動車|ディーゼルカー]]は[[原動機]]に[[ディーゼルエンジン]]を用いている。[[気動車・ディーゼル機関車の動力伝達方式|動力伝達方式]]は[[気動車・ディーゼル機関車の動力伝達方式#機械式|機械式]]、[[気動車・ディーゼル機関車の動力伝達方式#電気式|電気式]]、[[気動車・ディーゼル機関車の動力伝達方式#液体式（流体式）|液体式]]の3種類であるが、機械式が支配的である。また、非電化区間ではディーゼル機関車・ディーゼルカーとして、電化区間では電気機関車・電車として走行する[[電気・ディーゼル両用車両]]も作られている。

これ以外の動力としては[[磁力]] ([[磁気浮上式鉄道]])、馬 ([[馬車鉄道]])、[[ケーブル]] ([[ケーブルカー]]・[[索道|ロープウェイ]])、[[重力]] ([[重力式鉄道]])、[[空圧]] ([[無火機関車]])、[[ガスタービンエンジン|ガスタービン]] ([[ガスタービン動車]]・[[ガスタービン機関車]]) などがある。

=== 旅客列車 ===
[[File:InterCity2 - passenger car interior.jpg|thumb|[[VRグループ]]の[[ICE 2]]の[[2階建車両]]2階内部]]
[[旅客列車]]は乗客の乗降できる[[鉄道駅]]（[[停車場]]）間を運行する。旅客列車には列車を動かす[[動力車操縦者|運転士]]のほかに扉の開閉や緊急時の列車防護、[[車内放送]]などを行う[[車掌]]が乗務する。ただし、近年は自動放送の普及で車内放送業務を行わない線区もあるほか、[[ワンマン運転|ワンマン列車]]では車掌は乗務していない。また、[[特別急行列車|特急列車]]や観光列車では[[食堂車]]で料理を提供する食堂従業員や[[車内販売]]を行う車内販売員、沿線や列車の解説を行うガイドなども乗務することがある。旅客列車は主に遠方の都市を結ぶ[[都市間鉄道|都市間連絡列車]]・[[長距離列車]]やそれに準ずる[[中距離電車|中距離列車]]、都市と郊外の比較的短距離の区間を結ぶ[[通勤列車]]などが存在する。それらには[[特急形車両]]や[[近郊型車両]]、[[通勤形車両 (鉄道)|通勤型車両]]など用途に合わせた多様な車両が充当され、[[列車種別]]や最高速度も異なっている。基本的に長距離列車はより長距離・高速度・少停車駅・低頻度であり、通勤列車はより短距離・低速度・多停車駅・高頻度である<ref name="AREMA. 2003. Practical Guide to Railway Engineering">American Railway Engineering and Maintenance of Way Association Committee 24 – Education and Training. (2003). Practical Guide to Railway Engineering. AREMA, 2nd Ed.</ref>。

[[都市間鉄道|都市間連絡列車]]・[[長距離列車]]は主に都市間をいくつかに絞った停車駅に停車しながら結ぶ列車である。日本では消滅しているが海外では乗車時間が長いことが多く[[食堂車]]が連結されている場合も多い。また、一部の区間では[[寝台車]]を用いた[[夜行列車]]が運行されていることもある。多くの長距離列車には[[列車愛称]]が付けられている。[[中距離電車|中距離列車]]は長距離列車より短い区間の都市と周辺地区を結ぶ列車で、その性質上長距離列車よりも停車駅が増えていることが多い。[[通勤列車]]は都市とその近郊を結ぶ列車で、[[通勤]]・通学者を主な乗客とするため各駅に停車することが多い。また、市内中心部から郊外の[[空港]]への迅速なアクセスのための[[空港連絡鉄道|空港連絡列車]]もある。

[[高速鉄道|高速列車]]は長距離列車よりも遥かに高速で走行する都市間連絡列車で、主に時速200 - 300キロメートル（120 - 200マイル毎時）の列車がこう呼ばれる。高速列車は主に長距離を結んでおり、その大半は西ヨーロッパと東アジアに集中している。鉄輪式鉄道における[[高速鉄道の最高速度記録の歴史|最高速度記録]]は[[フランス国鉄]]の[[TGV]]が2007年4月3日に記録した時速574.8キロメートル（357.2マイル毎時）である<ref>{{cite news| url=http://www.cnn.com/2007/WORLD/europe/04/03/TGVspeedrecord.ap/index.html| title=French train breaks speed record| date=4 April 2007| accessdate=3 April 2007| agency=Associated Press| work=CNN|archiveurl = https://web.archive.org/web/20070407194558/http://www.cnn.com/2007/WORLD/europe/04/03/TGVspeedrecord.ap/index.html <!-- Bot retrieved archive --> |archivedate = 7 April 2007| authorlink= Associated Press}}</ref><ref>{{cite news| url=https://www.bloomberg.com/apps/news?pid=newsarchive&sid=aW23Aw20niIo&refer=europe| title=French TGV Sets Record, Reaching 357 Miles an Hour (Update2)|author1=Fouquet, Helene  |author2=Viscousi, Gregory |name-list-style=amp | publisher=Bloomberg L.P.| date=3 April 2007 | accessdate=8 May 2011}}</ref>。また、[[上海トランスラピッド]]や[[中央新幹線|リニア中央新幹線]]で採用されている[[磁気浮上式鉄道]]では鉄輪式鉄道よりも高い速度で走行することができる。高速鉄道専用線は高速で走行するために従来の線路と比べて勾配が浅く、曲線が広くなる傾向にある。

[[File:Passenger-rail.JPG|thumb|フランス共和国パリの[[サン＝ラザール駅]]付近を行く[[フランス国鉄BB27000形電気機関車|フランス国鉄BB27300形電気機関車]]牽引の二階建列車]]

[[高速化 (鉄道)|準高速列車]]あるいは[[高速化 (鉄道)|中速列車]]は従来の長距離列車よりも高速であるが、高速列車よりは遅い列車である。準高速列車は主に高速列車のような新線を建設するのではなく既存の路線を改良して運行されている。

[[都市高速鉄道]]は大都市で構築された都市内輸送機関であり、あらゆる旅客輸送機関の中で最も高い容量を持っている。都市高速鉄道は主に地下を走る[[地下鉄]]と高架線を走る[[高架鉄道]]の2つに分けられる。また、地上では[[路面電車]]や[[ライトレール]]が運行される。路面電車は道路と一体の[[併用軌道]]が多いのに対しライトレールは線路のみの[[専用軌道]]が多いため、場合によっては地下に潜って都心部へ直結するなど柔軟な運用ができる。[[モノレール]]は中容量の輸送が可能な鉄道で、地下鉄や高架鉄道を作るほどでは無いが、かといって路面電車やライトレールでは捌ききれない需要が見込まれる地域、あるいは新しく鉄道を敷設するスペースがない、高低差があり普通鉄道では勾配がきつすぎるなどの問題のある地域で主に運行されている。[[新交通システム]]、[[自動案内軌条式旅客輸送システム]] (AGT) は主に短距離を結ぶシャトル列車的立ち位置で、[[自動列車運転装置]] (ATO) を用いた無人運転であることが多い。高速輸送機関は時折統一性が欠如しているために[[線形 (路線)|線形]]が複雑となり、多様な通過場所（私有地、道路横、道路中央）や幾何学的特性（急カーブ、急勾配）を持っていることもある。例えばアメリカ合衆国[[イリノイ州]][[シカゴ]]の[[シカゴ・L]]は[[ループ (シカゴ交通局)|ループ]]にある急カーブを曲がるために1両あたり15メートルという短い長さの車両を運行しているほか、[[ニュージャージー州]]の[[パストレイン]]はトランス-ハドソン・トンネル内の急カーブを通過するために1両あたり16メートルの車両を運行している。逆に[[カリフォルニア州]][[サンフランシスコ・ベイエリア]]の[[バート (鉄道)|ベイエリア高速鉄道]]はしっかりと設計された線形であるため1両あたり21 - 23メートルと長い車両で運行されている<ref name="AREMA. 2003. Practical Guide to Railway Engineering"/>。

=== 貨物列車 ===
{{main|鉄道貨物輸送}}
[[File:Wagons 550.jpg|thumb|鉱物を満載した貨車]]

[[貨物列車]]は[[貨物]]の種類に特化した[[貨車]]を使用して貨物を輸送する列車である。貨物列車は非常に効率的で、大規模の経済性と高いエネルギー効率を兼ね備えている。しかし、[[貨物駅]]間のみの運行であるため、着発地でトラックへの積み替えが必要である場合トラックのみで輸送する方が安上がり・短時間な場合もあり、[[ドア・ツー・ドア]]を行う場合は貨物列車を使用しないことが多い。しかしながら、二酸化炭素排出量抑制のために政府や鉄道会社はしばしば貨物列車の利用を奨励している<ref>{{cite news| url=http://www.theenvironmentalblog.org/environmental-issues/| title=Environmental Issues| publisher=The Environmental Blog| date=3 April 2007| accessdate=10 Oct 2010| deadurl=yes| archiveurl=https://web.archive.org/web/20120111153436/http://www.theenvironmentalblog.org/environmental-issues/| archivedate=11 January 2012| df=dmy-all}}</ref>。

[[コンテナ車]]を用いたコンテナ貨物列車は[[輸送コンテナ|コンテナ]]（通常は[[海上コンテナ]]そのもの）を[[フォークリフト]]や[[クレーン]]を使用してトラックや船舶に簡単に積み替えることが可能であることから、手作業で積み替える必要があった[[有蓋車]]による輸送よりも遥かに楽であり貨物輸送の[[コンテナ化]]が進むこととなった。また、コンテナ輸送では基本的に共通仕様のコンテナが使用されるため、複数の会社が関わって[[物流]]を支える[[サプライチェーン・マネジメント]]業界に革命をもたらし輸送コストの大幅な削減にも繋がった。コンテナ車には日本では基本的にコンテナが1段に積まれるが、アメリカ合衆国では[[ダブルスタックカー]]という車両を使用してコンテナを2段に積むことがある。また、[[ばら積み貨物]]にとっては鉄道がトラックなどに比べて遥かに効率的で安価に輸送することができることから重要な輸送手段となっている。ばら積み貨物には石炭、鉱石、穀物および液体が主に含まれている。貨車にはコンテナ車・有蓋車の他に砂利や木材などを運ぶ[[無蓋車]]、長いレールや場合によっては鉄道車両まで運ぶ[[長物車]]、生鮮食品など腐りやすいものを運ぶ[[冷蔵車]]、牛やヤギなどの家畜を運ぶ[[家畜車]]、自動車を運ぶ[[車運車]]、石油などの液体を運ぶ[[タンク車]]、砕石やセメントなどの粉状や粒状の物を運ぶ[[ホッパ車]]などがある。また、[[インターモーダル輸送]]を可能とするため道路上では[[トレーラー]]あるいは[[セミトレーラー]]として、線路上では貨物列車として走ることのできる[[ロードレーラー]]という車両も存在する。

== 施設 ==
{{multiple image
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 | footer    = 左：[[分岐器#種類|シーサスクロッシング]]<br>右：[[ウェルズ・ストリート]]と[[レイク・ストリート (シカゴ)|レイク・ストリート]]の[[交差点]]直上にある[[シカゴ交通局]][[シカゴ・L]][[ループ (シカゴ交通局)|ループ]]の分岐点。
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}}

=== 敷設 ===
線路は、鉄道会社が所有またはリースを受けている土地に敷設されている。かつては線路は平坦に敷設することが望まれたため丘陵地または山岳地帯を遠回りするルートに敷設されていることが多い。しかし、近年は建設技術の向上により長大[[トンネル]]や長大[[橋|橋梁]]などの建設が容易となったため、山岳地帯などでも一直線に線路が敷設されかつての遠回りの路線より所要時間を大幅に短縮することができるようになった。ただし、長大トンネルや長大橋梁の建設には多額の費用が掛かるため、財政の厳しい鉄道会社や初期投資の回収が難しい路線では山岳や河川を避けて線路が敷設されることも多い。また、都市部などの地上に開発が可能な土地がほとんど残っていない場所では線路が地下に敷設されたり、あるいは通りの上に高架線を敷設することがある。

=== 線路 ===
{{main|線路 (鉄道)|l1=線路}}
[[File:Tokyo metro map.png|thumb|東京都の地下鉄路線図。都心から郊外へ向けて放射状に伸びている]]
[[File:Eastbound over SCB.jpg|thumb|[[カナダ]]の[[ブリティッシュコロンビア州]]南部にあるストーニー・クリーク高架橋を行く[[カナダ太平洋鉄道]]の貨物列車]]

[[線路 (鉄道)|線路]]は木材、コンクリート、鋼鉄、またはプラスチック製の[[枕木]]と呼ばれる部材に対して垂直に固定された2本の平行な鋼鉄製[[軌条|レール]]から構成される。2本のレールの間隔を[[軌間]]と言い、間隔が大きい順に[[広軌]]、[[標準軌]]、[[狭軌]]の3つに大まかに分類される。線路はトンネルや橋、その他の構造物を安全に通過できるように定められた鉄道車両の[[車両限界]]に合わせて敷設される。

線路は鉄道車両の[[フランジ#鉄道車輪|フランジ]]の付いた[[輪軸 (鉄道車両)|車輪]]を誘導し、自動車や船舶の様に操舵を行わずとも進行方向を変更することができ、したがってより長い編成でも安定して曲線を曲がることができる。レールと枕木は通常圧縮された土で作られた基礎（路盤）の上に置かれ、基礎と枕木の間には[[バラスト軌道|バラスト]]が敷かれる。バラストは列車からの荷重を分散して路盤に伝え、荷重によるレールの[[座屈]]や温度によるレールの伸縮による枕木の移動を防いでいる。また、バラストは排水性が良く雑草の育成も抑制される。なお、近代的な一部の路線ではバラストを用いず路盤に直接固定されることもある。

枕木にレールを固定するための釘を特に[[犬釘]]と呼ぶ。この犬釘は鉄道黎明期から使われていたものであるが、列車の振動により緩みやすく緩んだものを再度打ち直しても以前と同じ固定力を発揮できないなどの問題もあった。また近年は列車の高速化も進んできたことからただでさえ緩みやすい犬釘が更に緩みやすくなっており、幹線を中心に代替品への取り替えが進んでいる。代替として主に使用されるのは[[枕木#コンクリート|コンクリート枕木]]（特に[[プレストレスト・コンクリート]]製）やそもそも枕木を使用しない[[スラブ軌道]]などがある。

また、バラストも雨や雪の水分を吸収して徐々に緩んでいくため定期的な敷き直しが必要となる。これを放置すると乗り心地の低下が発生したり最悪の場合脱線してしまう。また、路盤への水の流入を防ぐために排水溝などの他の排水施設を適切に整備する必要もある。バラストの敷き直しには[[マルチプルタイタンパー]]と言う車両が使用される。また、路盤が河川や海岸沿いにある場合は洪水などの場合に水が軌道内に流入することを防ぐために[[陸閘]]を設置するなど追加の防護対策が取られている。橋梁では列車の通過の際に短期間で大きな荷重を受けるため点検とメンテナンスが必要である。

レールは最初から組み立てられているか、敷設現場で組み立てられる。また、レール同士を溶接することでレール同士の隙間（ジョイント）が無くなり車輪の摩耗や破損、通過時の振動や騒音を軽減することができる。この溶接された長いレールのことを[[軌条#ロングレール|ロングレール]]と呼ぶ。また、短いレールを溶接しロングレールにするのではなく、最初から1つのロングレールとして作られるレールもある。しかしロングレールも万能ではなく、特に曲線区間ではレールの偏摩耗や弾性による反発の点からロングレールの使用は適さず、短い[[軌条#定尺レール|定尺レール]]が使用されている。

曲線区間では外側のレールは内側のレールより高い位置に敷設される。これを[[カント (路線)|片勾配]]あるいは[[カント (路線)|カント]]と呼ぶ。カントは遠心力による超過遠心[[加速度]]を打消し、より高速で安定して曲線を通過することができるようになり、更に乗り心地も向上するため乗客にとっても恩恵がある。しかし、カントにも欠点はあり一定の速度を下回るか超過した速度でカント区間に進入した場合、下回っている場合はカント超過、超過している場合はカント不足となり乗り心地の低下や曲線内外からの強風に対し脆弱となり転覆する可能性もある。

[[分岐器]]はターンアウトスイッチ（米）やポイント（英）とも呼ばれ、いくつかに分岐している線路に列車を振り分けるための設備である。一般的な分岐器は、進路を変更するポイント部、レールの交差するクロッシング部、ポイント部とクロッシング部を結ぶリード部の3つから大まかに構成されている。分岐器の進路変更方法は、掛員が手動で転換する[[分岐器#手動転轍器|手動転轍器]]と電気指令により自動で転換される[[分岐器#電気転轍器|電気転轍器]]の2種類がある。

=== 信号機 ===
[[ファイル:Railway Cab Signal.jpg|thumb|車内信号機]]
{{main|信号保安|鉄道信号機}}
[[信号保安]]とは、列車同士が衝突するのを防ぎ、列車運行の安全を保つためのシステムである。固定された線路上を走行する列車では自動車のようにハンドルを切って横方向に避ける事が不可能であり、かつ摩擦抵抗が低いため制動距離も伸びており運転士が前方の列車を視認してから急ブレーキを掛けたのでは減速が間に合わず衝突する可能性が非常に高い。これを防ぐのが信号保安であり、多くの場合1つの区間に1本の列車しか進入できないようにする方式を使用して列車同士の間隔を保っている。この1つの区間を[[閉塞 (鉄道)|閉塞区間]]と呼ぶ。閉塞区間に進入するためには[[鉄道信号機|信号機]]が停止現示（赤信号）以外を示していることを確認するか、閉塞区間に進入するための通行票（通票）を駅員から貰う必要がある。この内、主に前者を[[閉塞 (鉄道)#自動閉塞方式|自動閉塞方式]]、後者を[[閉塞 (鉄道)#非自動閉塞方式|非自動閉塞方式]]と呼ぶ。しかし、[[山手線]]や[[新幹線]]などで採用されている自動閉塞方式であっても信号機を使用しない[[閉塞 (鉄道)#車内信号閉塞式|車内信号閉塞方式]]や、逆に通票を用いないが非自動閉塞方式に分類される[[閉塞 (鉄道)#連動閉塞式|連動閉塞方式]]などの例外もある。

信号機は伝統的に[[信号扱所]]と呼ばれる建物にある信号てこで信号現示を変更していた。信号扱所は駅や[[信号所]]、分岐点などに設置されており、またそれらの施設のない区間にはほぼ等間隔に設置されていた。信号扱所の掛員は前後の信号扱所の掛員との電話連絡や時刻表との照らし合わせで列車を確認し信号現示を変更していた。現在は[[軌道回路]]と呼ばれる区間内に列車が存在するか否かを電気的に検知するシステムが使用され、この回路と信号機が連動することで自動的に信号現示を変更するようになったため多くの路線から信号扱所は姿を消している。また、[[運転指令所]]が軌道回路の発達により[[列車集中制御装置]]を用いたCTCセンターに取って代わられつつある。

=== 電化 ===
[[File:Why London Underground is nicknamed The Tube.jpg|thumb|[[ロンドン地下鉄]]で使用される第四軌条方式。一番右側の線路が給電用、左から2番目の線路が帰電用である]]
{{main|鉄道の電化}}
鉄道路線は[[鉄道の電化|電化]]されると列車に燃料を積まなくても走行ができるようになり、運行コストの削減や列車の高速化が可能となる。しかしながら、路線全体に渡って[[架線]]あるいは[[第三軌条方式|第三軌条]]を敷設する必要があること、一定区間ごとに[[変電所]]を建設する必要があることなど莫大な費用の初期投資が必要となる欠点もある。電化方式の内、主に幹線や路面電車で採用されている架線を使用するものを[[架空電車線方式]]、主に地下鉄で採用されている第三軌条を使用するものを[[第三軌条方式]]と言う。また、[[ロンドン地下鉄]]では世界的に珍しい[[ロンドン地下鉄#車両・軌道・電化方式|第四軌条方式]]を採用している。

電力は[[直流]]か[[交流]]で供給される。直流で一般的に使用される電圧は路面電車や高速輸送機関では600ボルトか750ボルト、幹線では1,500ボルトと3,000ボルトである。交流で一般的に使用される電圧は15キロボルトと25キロボルトである。また、交流の[[周波数]]は50ヘルツと60ヘルツが広く使用されている。

=== 駅 ===
[[File:Rang gueter bahnhof small.jpg|thumb|right|スイス連邦[[ルツェルン]]の貨物駅]]
{{main|鉄道駅}}
[[鉄道駅]]は、旅客の乗降および貨物の積卸しを行うために使用する場所として機能する。この内特に旅客のみを扱う駅を[[旅客駅]]、貨物のみを扱う駅を[[貨物駅]]と呼ぶ。また、初期の駅では旅客と貨物の双方を扱えるように建設されていることもあり<ref>{{cite journal| title=The Inception of the English Railway Station| journal=Architectural History| volume=4| year=1961| pages=63–76| doi=10.2307/1568245| jstor=1568245}}</ref>、このような駅は一般駅ないし普通駅と呼ばれる<ref>{{cite book|author=新星出版社編集部|year=2006|title=徹底図解 鉄道のしくみ：カラー版|publisher=[[新星出版社]]|page=172|isbn=4-405-10653-3}}</ref>。大きな駅では券売機や旅客案内センター、売店などが設置されていることがある。逆に小さな駅では[[プラットホーム]]（ホーム）のみがあり、券売機や改札口が設置されていないこともある。

ホームは列車の乗降を容易に行うために設置されるもので、複数ある場合はホーム同士を地下通路、[[跨線橋]]、[[踏切#構内踏切|構内踏切]]などで結んでいる。[[大阪梅田駅 (阪急)|阪急梅田駅]]や[[キングス・クロス駅|ロンドン・キングス・クロス駅]]、[[ローマ・テルミニ駅]]などの一部の[[ターミナル駅]]では線路は[[頭端式ホーム|行きどまり式]]に敷設され、列車は一方向にしか進むことができない。小規模な駅は近隣の住宅地へのアクセスを提供しており、場合によっては路線バスが駅前へ乗り入れていることもある。また、大規模な[[中央駅]]は市内の[[交通結節点]]として機能し、別の鉄道路線や地下鉄線、路面電車線、路線バス、高速バスなどへの乗換が可能である。

== 運営 ==

=== 乗車券の発売 ===
[[File:JR東日本 東京駅 140円区間 小児.png|thumb|東京駅で発券された普通乗車券]]
乗客が列車に乗車するには一部の例外を除き必ず[[乗車券]]が必要となる。乗車券は主に駅の[[自動券売機]]や有人窓口 ([[みどりの窓口]]など)、列車の乗務員が発売している。また、近年は[[えきねっと]]や[[エクスプレス予約]]、[[e5489]]などのインターネット上での指定席予約サービスが提供されている。自動券売機では[[普通乗車券]]のほか、機種や鉄道会社によっては[[定期乗車券|定期券]]や[[回数券]]、[[特別急行券|特急券]]、[[座席指定券|指定席券]]、[[ICカード]]などを購入することができる。有人窓口では自動券売機と同じく普通乗車券以下各種乗車券が購入できるほか、学割乗車券などの割引乗車券、[[団体乗車券]]や[[周遊きっぷ]]などの特殊乗車券やイベント乗車券などを購入することができる。乗務員からの購入は、自動券売機の無い駅の多いローカル線で[[車内改札]]の際や、乗車券を紛失した際に乗務員に申告すると乗務員が携帯している端末により発券される<ref>{{Cite web|和書|url=https://jr-central.co.jp/news/release/_pdf/000038169.pdf|title=在来線 新型車掌携帯端末の導入と車内改札方法の変更について|publisher=[[東海旅客鉄道]]|format=PDF|date=2018-9-5|accessdate=2019/7/13}}</ref>。また、[[西日本旅客鉄道|JR西日本]][[新快速]]の[[新快速#Aシート|Aシート]]などのように列車に乗車後乗務員に着席料金を支払う事例も存在する<ref>{{Cite web|和書|url=https://www.jr-odekake.net/railroad/service/a-seat.html|title=有料座席サービス 新快速「Aシート」|website=JRおでかけネット|publisher=[[西日本旅客鉄道]]|accessdate=2019-7-13}}</ref>。

==== 運賃 ====
乗車券を購入するには自分が乗車する区間の運賃を支払う必要がある。なお、運賃のほかに料金という言葉が使われることがあるが、厳密には運賃が「人又は物品の運送に対する対価」、料金が「運送以外の設備の利用や付加サービス、役務の提供に対する対価」とされている<ref name="ticket overview">{{Cite web|和書|url=https://www.mlit.go.jp/common/001007670.pdf|title=運賃・料金の概要|publisher=[[国土交通省]]|format=PDF|accessdate=2019-7-13}}</ref>。このため普通乗車券や定期券、回数券、団体乗車券などの金額は"運賃"、特急券や指定席券、[[グリーン券]]、[[寝台券]]、[[入場券]]などの金額は"料金"となる<ref name="ticket overview" />。運賃の求め方は国や会社によって異なっている。片道乗車券の運賃を普通旅客運賃と言い、日本では主に[[運賃制度#距離制|対キロ制]]、[[運賃制度#対距離区間制|対キロ区間制]]、[[運賃制度#区間制|区間制]]、[[運賃制度#均一制|均一制]]の4種類の運賃体系が使用されているほか<ref name="ticket rule">{{Cite web|和書|url=https://www.mlit.go.jp/common/001007700.pdf|title=運賃・料金のしくみ|publisher=[[国土交通省]]|format=PDF|accessdate=2019-7-13}}</ref>、[[仙台市地下鉄]]では[[運賃制度#ゾーン制|ゾーン制]]が採用されている<ref>{{PDFlink|[http://www.jametro.or.jp/upload/topics/ZyvDqcVATcvI.pdf 地下鉄短信（第116号）]}}（[[日本地下鉄協会]] 2014年1月27日）</ref>。

対キロ制は対キロ賃率と呼ばれるあらかじめ定められたキロあたりの運賃に乗車区間の[[営業キロ]]を掛けて運賃を算出するもので、日本ではJR各社が採用しているほかその他一部私鉄でも採用されている<ref name="ticket rule" />。対キロ区間制は対キロ制に似ているがキロ毎に料金が増えるわけではなく、ある一定距離以内は何円、それ以上は何キロおきに何円の増加・・・というようにあらかじめ決められた区間内を同一運賃としそこから遠距離になるにつれ一定区間毎に運賃を増やしていくものである。これは対キロ制の同一運賃区間を長く、あるいはゾーン制の同一運賃区間を短くしたもので<ref>{{Cite web|和書|url=https://www.mintetsu.or.jp/knowledge/term/144.html|title=対キロ区間制｜鉄道用語辞典|website=[[日本民営鉄道協会]]|accessdate=2019-7-13}}</ref>、日本では大多数の公営地下鉄・[[大手私鉄]]、[[東京地下鉄]]などが採用している<ref name="ticket rule" />。区間制は路線を概ね等距離に分割できる駅を基準として2区間以上に分割し、区間に応じて運賃を算出するもので日本では[[叡山電鉄]]や[[筑豊電気鉄道]]、[[近鉄生駒鋼索線]]など一部路線でのみ採用されている<ref name="ticket rule" />。均一制はその名の通りいかなる乗車距離であっても運賃が一定で変化しないものである。日本では[[札幌市電]]をはじめとする[[路面電車]]各線や[[東急こどもの国線]]など営業距離の短い普通鉄道路線でのみ採用されているが<ref name="ticket rule" />、海外では[[メトロ (パリ)|パリ地下鉄]]<ref name="tsukin">谷川一巳『こんなに違う通勤電車―関東、関西、全国、そして海外の通勤事情』交通新聞社新書、2014年、110頁</ref>や[[ニューヨーク市地下鉄]]<ref>[http://web.mta.info/metrocard/mcgtreng.htm]MTA“Fares & MetroCard”</ref>など路線網の大きい鉄道でも採用されている。ゾーン制はあらかじめ一定半径の同心円を設定しそれを1つのゾーンとし、乗車駅から下車駅までの間に通ったゾーンの数に応じて運賃を決めるものである。日本では仙台市地下鉄でのみ採用されているが、海外では[[ロンドン地下鉄]]<ref name="tsukin" />や[[バンクーバー・スカイトレイン]]<ref>{{cite web|url=https://www.translink.ca/Fares-and-Passes/Fare-Pricing.aspx|title=Fare Pricing|website=[[トランスリンク (バンクーバー)|トランスリンク]]|accessdate=2019-7-13}}</ref>など多くの鉄道会社で採用されている<ref>{{Cite web|和書|url=https://www.mintetsu.or.jp/knowledge/term/205.html|title=ゾーン制｜鉄道用語辞典|website=[[日本民営鉄道協会]]|accessdate=2019-7-13}}</ref>。

日本の運賃制度ではJR線は対キロ制、多数の私鉄は対キロ区間制と説明したが、競合区間では遠距離になるにつれ対キロ制の運賃が跳ね上がり運賃面で私鉄に後れを取ることから競合区間に限り実際の運賃より低い運賃が適用されることがあり、この運賃を[[運賃#特定区間運賃|特定区間運賃]]と呼ぶ。例えば[[東日本旅客鉄道|JR東日本]]の[[湘南新宿ライン]][[渋谷駅]] - [[横浜駅]]間は[[東急東横線]]と競合しており、本来ならば同区間の運賃は470円となるが390円に抑えられている<ref>{{PDFlink|[http://www.jreast.co.jp/consumption-tax/pdf/usually_specified.pdf 普通旅客運賃（特定区間）]}} - 東日本旅客鉄道</ref>。また、これはJRに限った話ではなく[[京浜急行電鉄|京急]]や[[名古屋鉄道|名鉄]]などの大手私鉄や[[第三セクター]]の[[秋田内陸縦貫鉄道]]などでも使用されている。

貨物輸送の運賃は、[[日本貨物鉄道|JR貨物]]では発貨物駅 - 着貨物駅間の鉄道運賃のほか発地点 - 発貨物駅間、着貨物駅 - 着地点間のトラック輸送費などを含めた運賃となっているほか<ref>{{Cite web|和書|url=https://www.jrfreight.co.jp/service/price|title=値段の仕組み|website=[[日本貨物鉄道]]|accessdate=2019-7-13}}</ref>、[[秩父鉄道]]ではあらかじめ定められた発着駅間の賃率「運賃計算キロ程」と貨物の重量に基づき算出される「運賃計算トン数」を掛け合わせた金額を基本運賃としている<ref>{{Cite web|和書|url=https://www.chichibu-railway.co.jp/wp-content/uploads/2018/08/20180901_kamotsu.pdf|title=貨物基本運賃の改定について|publisher=[[秩父鉄道]]|format=PDF|date=2018-9-1|accessdate=2019/7/13}}</ref>。

=== 運行計画の作成 ===
{{main|鉄道運行計画|運用 (鉄道)}}
[[鉄道運行計画|鉄道の運行計画]]は主に列車計画・車両運用計画・乗務員運用計画の3種類に分けられる。列車の運行にはこれら3つの運用計画が必須となる。

[[ファイル:運用ダイヤ.jpg|thumb|400px|左が列車計画、右が車両運用計画ないし乗務員運用計画。運用計画図内の丸印が行路開始地点、三角印が行路終了地点]]
列車計画は[[ダイヤグラム]]としても知られ、1本の列車が始発駅から終着駅の間でどの駅に停車し何分停車するかなどを決めた最も基本的な計画である。列車計画はスジ屋とも呼ばれるダイヤ作成専門家が作成しており、列車の編成長や加速度、最高速度、制限速度などの要因を考慮し列車計画を決めていく<ref name="Blue Signal">{{Cite web|和書|url=https://www.westjr.co.jp/company/info/issue/bsignal/14_vol_152/rail/index.html|title=鉄道に生きる 延近勝人|website=Blue Signal|publisher=西日本旅客鉄道|date=2014/1|accessdate=2019-7-14}}</ref>。また、机上だけでなく停車時間に対する混雑度の調査のため各駅へ赴き実地調査を行ったり、駅員や乗務員など現場職の職員の意見を聞き問題点を洗い出したりするなど列車計画の作成は多大な時間と多くの人々の協力の下で行われている<ref name="Blue Signal" />。

車両運用計画は1本の編成が1日の間に担当する列車とその編成が行う点検や車内清掃などの時間を決める計画である。編成は1本の列車を担当した後は車庫に戻るというわけではなく引き続き別の列車の担当になることが多い。このため、車両運用計画では折り返し時間や駅設備、他編成との兼ね合いなどを考慮しつつ、編成がどの列車を担当するかを決める。この決められた1日の担当列車のことを行路と言う<ref name="Vol.55">富井規雄、今泉淳、加藤怜『鉄道の運行計画作成の高度化に向けて 現状と課題』 - [[情報処理学会]]会誌『情報処理』Vol.55 No.1 pp.72-81 - 2014年1月15日</ref>。また、大規模な路線ではいくつかの行路に順番に就いていくことが多く、翌日に就く行路のことを交番と呼ぶ<ref name="Vol.55" />。基本的には、点検や事故・故障による運用離脱に対応するため、行路数に対し編成数の方が多くなっている。また、ある駅ないし車両基地の行路終了数に対し行路開始数が少ない場合、数を合わせるために[[回送|回送列車]]が運行される<ref name="Vol.55" />。

乗務員運用計画は1人の乗務員が1日の間に担当する列車を決める計画である。乗務員運用計画も車両運用計画と同じく担当する行路と翌日担当する交番からなっている。ただし、車両と違い乗務員の場合は交番の間隔によって乗務員の生活設計も左右されるため、間隔を7の倍数とし休みとなる曜日を固定する会社と7の倍数とせず休みとなる曜日を変動させる会社が存在しており、どちらにも一長一短がある{{efn|曜日が固定されると規則的になり生活設計が立てやすいが曜日による損得が発生する。曜日を変動させると曜日による損得が無くなるが生活設計を立てづらくなる。}}<ref name="Vol.55" />。乗務員は営業列車の乗務のほか停車中の列車車内での看視や[[入換 (鉄道)|入換]]、車両基地への入出庫なども行うため、乗務員運用計画を作成する場合はこの営業列車への乗務以外の業務も対象とし、さらに業務間での移動時間も考慮する必要がある<ref name="Vol.55" />。また、乗務員の場合も行路終了数に対し行路開始数が少ない場合は、非担当列車に乗車する便乗を行って別駅へ移動する必要がある<ref name="Vol.55" />。

=== メンテナンス ===
{{main|保線}}
[[File:HBD DD1.jpg|thumb|[[軸焼け]]検知装置]]
他の[[インフラストラクチャー]]と同じく、鉄道は旅客輸送および貨物輸送に混乱を及ぼす可能性のある施設の障害を影響を最小限に抑えるために、定期的な点検とメンテナンスを行う必要がある。特に幹線や高速鉄道線では高頻度運転や高速運転のために劣化が早く、それらの路線のメンテナンスは特に重要である。路線の検査には[[試験車]]による機械検査と、保線員による手動検査の2つがある。保線作業にはレール・枕木・犬釘の取り替えや軌間のずれの補正、バラストの敷き直しなどが含まれる。これに対応するため多くの種類の[[欠陥検出器]]が世界中の鉄道で使用されている。これらの機器は単純な物から[[赤外線]]やレーザーによるスキャンを行うもの、さらには超音波を利用した[[超音波探傷検査]]などの技術が使用されている。これらの機器の使用や日常的な人間の目を使った点検・メンテナンス・[[保線]]などの作業を行うことで多くの鉄道事故を未然に防ぐことができる。

車両の車輪と線路の摩耗は鉄道の運営にとって避けて通ることができない問題である。これを解決するにはメンテナンスを行う必要があるが、メンテナンス中はその車両は運用に就けず、路線は列車の運行ができなくなる。このため、メンテナンス時間は終電から始発までの列車が通過しない時間帯や非ラッシュ時の運用が減る時間帯にして運行に支障を起こさないか、24時間運行など保線時間の確保が難しい路線では列車の運休・迂回を行って影響を最小限に抑える必要がある。また、軽い保線作業では保線を行いながら列車の運行が行える。しかし、その場合保線員の安全確保や資材の適切な保管、緊急時の列車停止手配方法などの取り決めなどを考慮しないといけない。特に退避スペースの少ないトンネルや橋梁では保線員の安全確保が非常に重要となってくる。また、大型車両の通過が困難な都心部や反対に道路の整備されていない山奥などでは従来の保線車両や資材運搬車両が進入できないこともある。このような場所では従来の車両より小型の車両が使用されている<ref name="AREMA. 2003. Practical Guide to Railway Engineering"/>。

[[公道]]と異なり、鉄道路線は"ネットワークシステム"と呼ばれる1つの物からなっていると見なされている。このため、1つの区間で障害が発生したり保線作業が行われると別の区間にまで波及してしまう。このため、保線作業にあたっては影響の及ぶことが予測される全ての路線の性能（列車の運行の種類、出発地/目的地、季節の天候による影響）、容量（延長、地形、線路数、列車制御の種類）、列車の処理能力（最高速度、加減速度）などを意識して計画を練らないといけない。また、旅客列車と貨物列車の混在する路線では加減速度と最高速度の大きく違う列車が入り混じっているため側線や引込線、ターミナル駅のキャパシティにも注意を払わなければならない<ref name="AREMA. 2003. Practical Guide to Railway Engineering"/>。

=== 人員育成 ===
列車を運行するには当然ながらそれに携わる人員を育成する必要がある。育成にはいくつかの手段があるが最も基本的なのは社内研修ならびに社外研修である。このほか新人社員研修や通信研修、安全研修、国内留学や国際留学などの留学制度など様々な手段を用いて人員の育成が行われている<ref>{{Cite web|和書|url=https://www.jreast.co.jp/recruit/diversity/training.html|title=人材育成｜JR東日本で働く｜JR東日本：採用情報|website=東日本旅客鉄道|accessdate=2019-7-14}}</ref><ref>{{Cite web|和書|url=https://saiyo.jr-central.co.jp/life-style/vol4.html|title=Vol.04 人材育成制度 その1 ｜ Life & Style｜JR東海 東海旅客鉄道株式会社|website=東海旅客鉄道|accessdate=2019-7-14}}</ref><ref>{{Cite web|和書|url=http://www.nishitetsu.co.jp/csr/grow.html|title=人材育成｜CSR経営の推進｜西日本鉄道株式会社 企業サイト|website=[[西日本鉄道]]|accessdate=2019-7-14}}</ref><ref name="JILPT">{{Cite web|和書|url=https://www.jil.go.jp/kokunai/blt/backnumber/2013/09/012-020.pdf|title=企業における新たな事業展開と人材の確保・育成策-独立行政法人労働政策研究・研修機構|publisher=[[労働政策研究・研修機構]]|format=PDF|date=2013/9|accessdate=2019-7-14}}</ref>。また、近年は鉄道会社の多角化が進み鉄道輸送業務のほか小売業や不動産業、加工業、通信業など様々な業種が増えている<ref name="JILPT" />。このため異業種の社員間で交流する機会を設けているほか、他企業や国・自治体などの行政機関との間で人事交流が行われることもある<ref name="JILPT" />。このほか、個々の能力や意欲に合わせた研修・セミナーなどを開催することで多くの社員に学びの機会を与えている<ref name="JILPT" />。

==== キャリアパス ====
鉄道会社は[[ブルーカラー]]労働者と[[ホワイトカラー]]労働者の両方に民間部門での[[キャリアパス]]を発明した。鉄道は若い男性の生涯のキャリアになり、女性はほとんど雇われなかった。典型的なブルーカラー労働者のキャリアパスでは、18歳で青年が駅員として雇われ、24歳で熟練工、25歳で車掌、27歳で貨物列車運転士、57歳で旅客列車運転士へ昇進した。ホワイトカラー労働者のキャリアパスでは教育を受けた若い男性は初歩的な事務または統計の仕事を始め、経験を積んで部門本部または中央本部に移動した。各レベルで彼らはますます多くの知識、経験、そして[[ヒューマン・キャピタル|人的資本]]を獲得した。彼らは交代するのが非常に難しく実質的に永久雇用を保証され、保険と医療が提供された。採用、解雇、および賃金率は、嗜好と人格の衝突を最小限に抑えるために、職長ではなく中央管理者によって規定され、全てがその規定に則って行われた。それによって、ますます複雑になる一連の規則が、全ての状況で例外なく実行されるべきであること、およびその職業地位と給与が正確に一致するべきであることを全員に指示した。1880年代までに職業鉄道労働者は引退し、年金制度は彼らのために発明された<ref name="Walter Licht 1983 pp 262-63">{{cite book |first=Walter |last=Licht |title=Working for the Railroad: The Organization of Work in the Nineteenth Century |year=1983 |pages=262–263, 289 }}</ref>。

== 法制度 ==

=== 路線所有権 ===
[[File:AGV .italo Napoli side view.JPG|thumb|イタリアの私鉄[[ヌオーヴォ・トラスポルト・ヴィアッジャトーリ]]が旧国鉄線で運行している高速列車イタロ(ETR575)]]

1980年代以降、列車の運行を行う鉄道会社を保有する会社と駅や線路などの施設を保有する会社を分離するという、[[上下分離方式]]の傾向が強まっている。特にヨーロッパでは[[欧州連合]]が[[国有鉄道]]の上下分離を指導しているため、欧州連合加盟国の国有鉄道は上下分離方式となっている。これにより、旧国有鉄道の線路に私鉄の列車が乗り入れることが可能になるオープンアクセスが可能になった。例えば[[イタリア]]では国鉄の[[フェッロヴィーエ・デッロ・スタート]]の線路を[[レーテ・フェッロヴィアーリア・イタリアーナ]]が保有し維持管理を行い、国鉄の列車運行業務を引き継いだ[[トレニタリア]]のほか私鉄の[[ヌオーヴォ・トラスポルト・ヴィアッジャトーリ]]が列車を運行している<ref>{{cite book |first=Fabiana |last=Di Porto |title=La disciplina delle reti nel diritto dell'economia |trans-title=The regulation of networks in economic law |publisher=CEDAM |location=Rome |publication-date=1 January 2008 |language=Italian |page=103 |isbn= 978-8813288785}}</ref><ref>{{Cite web | url=http://www.ntvspa.it/en/ntv/pagine/1129/Debut-for-Italo-kick-off-of-the-most-modern-train-in-Europe-on-April-28.html | title=Debut for Italo: kick off of the most modern train in Europe on April 28 | publisher=Press Release, Nuovo Trasporto Viaggiatori | date=2012-03-30 | deadurl=yes | archiveurl=https://web.archive.org/web/20120415191736/http://www.ntvspa.it/en/ntv/pagine/1129/Debut-for-Italo-kick-off-of-the-most-modern-train-in-Europe-on-April-28.html | archivedate=15 April 2012 | df=dmy-all |accessdate=2012-3-30}}</ref><ref>{{cite web|title=Alta velocità e concorrenza: parte la sfida|url=http://www.ilsole24ore.com/art/impresa-e-territori/2012-04-24/alta-velocita-concorrenza-parte-160359.shtml?uuid=AbHufzSF|publisher=il Sole 24 Ore|accessdate=28 April 2012}}</ref>。なお、フェッロヴィーエ・デッロ・スタートは2019年現在も[[合資会社]]として存続している。イギリスでは[[ネットワーク・レール]]が旧[[イギリス国鉄]]の路線を保有し維持管理を行っており、旅客列車の運行は[[列車運行会社協会]]に加盟している会社の統一ブランド、[[ナショナル・レール]]が運行している<ref>{{cite web|url = http://www.networkrail.co.uk/about-us/|title = About Us|date = |accessdate = 2019-6-8 |website = |publisher = }}</ref>。

アメリカ合衆国では、[[ニューヨーク市地下鉄]]や[[シカゴ・L]]のような都市内高速鉄道と[[ワシントンD.C.]] - [[ボストン]]間の[[北東回廊]]を除くほぼ全ての路線は貨物会社によって保有されている。[[アムトラック]]などの旅客列車はこれらの貨物鉄道の路線を間借りして運行している。これは日本におけるJR旅客6社とJR貨物の立場が逆転している状態である。この結果、旅客列車は貨物列車よりも優先順位が低く、時として長時間の遅延が発生することもある。これらの路線には[[連邦鉄道局]] (FRA) によって安全規制が公布・適用されており、路線維持には[[アメリカ鉄道工学および維持管理協会]] (AREMA) の、車両には[[アメリカ鉄道協会]] (AAR) の規制が適用される場合もある<ref name="AREMA. 2003. Practical Guide to Railway Engineering"/>。

=== 資金調達 ===
鉄道会社の主な収入源は旅客列車の[[運賃]]収入と貨物列車の貨物輸送料である。また、頻繁に乗車する乗客のために[[定期乗車券|定期券]]や[[シーズンシート]]のような割引券や月毎のパスが発行されていることもある。貨物列車はコンテナスロット毎、または列車全体で輸送権が売られている。また、貨車を荷主が保有し機関車による牽引だけを鉄道会社に任せることもある。旅客列車では車体の[[ラッピング広告]]や車内の[[車内広告|中吊広告]]などの[[広告]]収入も重要となる。

鉄道輸送は他の支配的な輸送手段よりも[[外部性]]が少ないので、[[政府]]が鉄道運営に[[補助金]]を与えることを選択することもある。また、国ではなく[[州]]や[[地方政府|地方自治体]]が車両の更新や新駅の建設、列車の増発などと引き換えに補助金を与えることもある。また、先述の上下分離方式を導入している国で政府や州が路線を保有している場合、安全要件を満たす会社に対し無料あるいは割引使用料で路線を使用させることもできる。欧州連合では2005年の鉄道補助金総額が730億ユーロに達している<ref>{{cite web|url=http://www.eea.europa.eu/publications/technical_report_2007_3/download |title=EU Technical Report 2007|accessdate=2019-6-8}}</ref>。

==== 補助金 ====
{{main|鉄道補助金}}

===== 日本 =====
日本の民営化された鉄道網はほとんど補助金を必要としない。特に旅客輸送の60パーセントを占める[[東日本旅客鉄道|JR東日本]]、[[東海旅客鉄道|JR東海]]、[[西日本旅客鉄道|JR西日本]]の3社には地方補助金がない<ref>{{cite web|url=http://www.railway-technology.com/features/featurelevel-playing-field-eu-efforts-to-break-into-japans-rail-industry-4379553/ |title=Level playing field: EU efforts to break into Japan’s rail industry|accessdate=2019-6-9}}</ref>。

===== 中国 =====
2014年の中国の鉄道支出総額は1,300億ドルで、今後5年間の残りの期間（2016年 - 2020年）についても同様の額で推移すると見込まれている<ref>{{cite web |url=http://www.globaltimes.cn/content/928285.shtml |title=Govt support for rail sector makes sense|accessdate=2019-6-9}}</ref>。

===== インド =====
世界で4番目に大きな路線網を持つインドの鉄道は約4,000億ポンド（58億米ドル）の助成を受けており、そのうち約60パーセントが通勤鉄道と短距離鉄道に使われている<ref>{{cite web |url=http://timesofindia.indiatimes.com/india/Govt-defends-fare-hike-says-rail-subsidy-burden-was-too-heavy/articleshow/36982158.cms |title=Govt defends fare hike, says rail subsidy burden was too heavy |date=22 June 2014 |accessdate= 30 June 2016}}</ref>。

===== ヨーロッパ =====
{{see also|ヨーロッパの鉄道}}
強度、サービス品質、および安全性能に関する2017年欧州鉄道性能指数によると、ヨーロッパ最上位の国内鉄道システムは、スイス、デンマーク、フィンランド、ドイツ、オーストリア、スウェーデン、およびフランスから構成されている<ref>{{cite web |url=https://www.bcg.com/en-ch/publications/2017/transportation-travel-tourism-2017-european-railway-performance-index.aspx |title=the 2017 European Railway Performance Index |publisher=Boston Consulting Group|accessdate=2019-6-9}}</ref>。実績レベルは、公共費用と特定の鉄道システムの実績との間に正の相関関係があることを示し、また各国が公共費用と引き換えに受け取る価値の違いも示している。デンマーク、フィンランド、フランス、ドイツ、オランダ、スウェーデン、スイスはお金の価値が比較的高いのに対し、ルクセンブルク、ベルギー、ラトビア、スロバキア、ポルトガル、ルーマニア、ブルガリアはヨーロッパの中でパフォーマンスに対するコストの平均比率を下回っている国である<ref>{{cite web |url=https://www.bcg.com/en-ch/publications/2017/transportation-travel-tourism-2017-european-railway-performance-index.aspx |title=the 2017 European Railway Performance Index |publisher=Boston Consulting Group|accessdate=2019-6-9}}</ref>。

[[File:European rail subsidies in euros per passenger-km.png|upright=1.6|thumb|2008年の旅客キロ当たりのヨーロッパ各国の鉄道補助金 (ユーロ)<ref name="SWD2013">{{cite web|url=http://www.networkrail.co.uk/European-rail-study-report.pdf |title=ANNEX to Proposal for a Regulation of the European Parliament and of the Council amending Regulation (EC) No 1370/2007 concerning the opening of the market for domestic passenger transport services by rail |type=Commission Staff Working Document: Impact Assessment |publisher=European Commission |pages=6, 44, 45 |date=2013 |accessdate=2013-5-3 |location=Brussels |quote=2008 data is not provided for Italy, so 2007 data is used instead |deadurl=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20130503015110/http://www.networkrail.co.uk/European-rail-study-report.pdf |archivedate=3 May 2013 |df= }}</ref>]]
{| class="wikitable sortable" style="font-size:90%; margin:1em"
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!国
!10億ユーロ
!年
|-
| {{flag|Germany}}
| 17.0
|2014<ref>{{cite web|title=German Railway Financing |url=https://www.deutschebahn.com/file/de/2192370/2RLvPOzueXgX19CucGFn4Wofp5E/2267530/data/finanz_eisenbahn_dtl.pdf |page=2 |deadurl=yes |accessdate=2016-3-10 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20160310165357/https://www.deutschebahn.com/file/de/2192370/2RLvPOzueXgX19CucGFn4Wofp5E/2267530/data/finanz_eisenbahn_dtl.pdf |archivedate=10 March 2016 |df= }}</ref>
|-
| {{flag|France}}
|13.2
|2013<ref name="ITF">{{cite web|url=http://www.internationaltransportforum.org/jtrc/RoundTables/2014-Railway-Efficiency/Bonnafous-Crozet.pdf |title=Efficiency indicators of Railways in France |deadurl=yes |accessdate=2015-11-17 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20151117030418/http://www.internationaltransportforum.org/jtrc/RoundTables/2014-Railway-Efficiency/Bonnafous-Crozet.pdf |archivedate=17 November 2015 |df= }}</ref>
|-
| {{flag|Italy}}
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|2009<ref>{{cite web |url=http://www.oxera.com/Oxera/media/Oxera/downloads/Agenda/The-age-of-the-train.pdf?ext=.pdf |title=The age of the train|accessdate=2019-6-9}}</ref>
|-
|{{flag|Switzerland}}
|5.8
|2012<ref name="swisscosts">{{cite web |url=https://www.voev.ch/de/Service/Downloadsindex.php?section=downloads&download=2208 |title= Facts and arguments in favour of Swiss public transport |page=24 |format=PDF |accessdate=3 July 2016 |quote=6.3 billion Swiss francs}}</ref>
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|5.1
|2015<ref>{{cite web|url=http://www.railway-technology.com/features/featurespanish-railways-battle-profit-loss-with-more-investment-4664870/ |title=Spanish railways battle profit loss with more investment |date=17 September 2015 |accessdate= 10 March 2016}}</ref>
|-
|{{flag|United Kingdom}}
|4.5
|2015<ref>{{cite web |url=http://orr.gov.uk/__data/assets/pdf_file/0015/21039/gb-rail-industry-financial-information-2014-15.pdf |title=GB rail industry financial information 2014–15 |accessdate= 9 March 2016 |quote = £3.5 billion}}</ref>
|-
|{{flag|Belgium}}
|3.4
|2008<ref name="SWD2013"/>
|-
|{{flag|Netherlands}}
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|2014<ref>{{cite web|url=https://www.rijksoverheid.nl/binaries/rijksoverheid/documenten/rapporten/2014/12/15/bijlage-2-beheerplan-prorail-2015/bijlage-2-beheerplan-prorail-2015.pdf |page=30 |title=ProRail report 2015|accessdate=2014-12-15}}</ref>
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|{{flag|Austria}}
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|2009<ref name="SWD2013"/>
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|2008<ref name="SWD2013"/>
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|{{flag|Sweden}}
|1.6
|2009<ref name="comparison">{{cite web |title= The evolution of public funding to the rail sector in 5 European countries – a comparison |url=http://www.crninet.com/2011/b7a.pdf |page=6 |accessdate=2011-12-30}}</ref>
|-
|{{flag|Poland}}
|1.4
|2008<ref name="2009railstudyreport">{{cite web|url=http://www.networkrail.co.uk/European-rail-study-report.pdf |title=European rail study report |pages=44, 45 |accessdate=2013-5-3 |quote=Includes both "Railway subsidies" and "Public Service Obligations". |deadurl=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20130503015110/http://www.networkrail.co.uk/European-rail-study-report.pdf |archivedate=3 May 2013 |df= }}</ref>
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|{{flag|Ireland}}
|0.91
|2008<ref name="2009railstudyreport"/>
|}

===== ロシア =====
2016年に[[ロシア鉄道]]は政府から949億ルーブル（約14億米ドル）を受け取った<ref>{{cite web|url=https://ar2016.rzd.ru/en/financial-results/government-support |title=Government support for Russian Railways|accessdate=2019-6-9}}</ref>。

===== アメリカ合衆国 =====
{{see also|アムトラック|アメリカ合衆国の鉄道史}}
[[アムトラック]]（旅客鉄道）に対する補助金は約14億ドルである<ref name="fy15budget">{{cite web|url= https://www.amtrak.com/ccurl/133/704/FY15-Budget-Business-Plan-FY16-Budget-Justification-FY-15-19-Five-Year-Financial-Plan.pdf |title=FY15 Budget, Business Plan 2015|accessdate=2015-12-30}}</ref>。貨物鉄道業界は補助金を受けていない。

== 社会的、経済的、およびエネルギー的側面 ==

=== エネルギー ===
[[File:BNSF 5350 20040808 Prairie du Chien WI.jpg|thumb|アメリカ合衆国の[[BNSF鉄道]]が運行する貨物列車|alt=Orange locomotive hauling freight]]
[[File:DeutscheBahn gobeirne.jpg|thumb|ドイツの高速列車[[ICE|インターシティエクスプレス]] (ICE)|alt=Sleek white passenger train at a station]]
鉄道輸送は、機械化されたエネルギー効率は高いが資本集約的な輸送機関である<ref>{{cite web |url=http://www.progressiverailroading.com/news/article.asp?id=16740 |title=Railroad Fuel Efficiency Sets New Record |author=American Association of Railroads |accessdate=12 April 2009}}</ref>。軌道は滑らかで硬い表面を提供し、その上で比較的小さい摩擦が発生しながら列車の車輪が転がることができる。陸上車両の総抵抗（[[ポンド (質量)|ポンド]]または[[ニュートン (単位)|ニュートン]]）は、車両の速度の[[二次関数]]で表される。

:<math>\qquad\qquad R = a + bv + cv^2 </math>

文字は以下の数を表す：
:''R''：走行抵抗
:''a''：静止抵抗
:''b''：機械抵抗
:''c''：空気抵抗
:''v''：速度
:''v''<sup>2</sup>：速度二乗<ref name="AREMA. 2003. Practical Guide to Railway Engineering"/>

基本的に、抵抗は車両の車輪と路面の素材によって異なる。金属製レールと金属製車輪を用いている鉄道ではゴムタイヤ車両があらゆる路面上で発生させる抵抗よりも抵抗が遥かに小さくなる。一日に移動する速度と貨物量を組み合わせた貨物容量の観点では：
* 人 - 1日当たり32キロメートル（20マイル）または1日当たり1.5[[輸送量の単位|トンキロ]]（1トンマイル）で45キログラム（100ポンド）の貨物が輸送可能。
* 馬車・手押車 - 1日当たり5.8トンキロ（4トンマイル）で輸送可能。
* 舗装路を走行する馬車 - 1日当たり14トンキロ（10トンマイル）で輸送可能。
* トラック - 1日当たり29,000トンキロ（20,000トンマイル）で輸送可能。
* 長距離列車 - 1日当たり730,000トンキロ（500,000トンマイル）で輸送可能<ref name="AREMA. 2003. Practical Guide to Railway Engineering"/>。ほとんどの列車は250 - 400台のトラック分の輸送力を持っているためその分トラックの数が減り、道路の安全性が相対的に向上している。

[[パワーウェイトレシオ]]（馬力対重量比）では、低速の場合[[艀|はしけ]]が[[ショートトン|米トン]]当たり0.2馬力 (0.16キロワット)、鉄道とパイプラインが米トン当たり2.5馬力 (2.1キロワット)、トラックが米トン当たり10馬力（8.2キロワット）必要となる。しかし、高速の場合鉄道がはしけを抜いて最も経済的な輸送機関となる<ref name="AREMA. 2003. Practical Guide to Railway Engineering"/>。

一例として、典型的な現代の車両の[[鉄道車両の台車|台車]]である[[ボギー台車|二軸ボギー台車]]は最大113トン（125米トン）の貨物を積載することが可能である。線路は列車の重量を均等に分散させ、道路輸送よりも[[車輪軸|車軸]]と車輪当たりの負荷が大きくなるため恒久的な運行での摩耗や裂けが少なくなる。これはゴムタイヤと道路との間の摩擦に依存する道路輸送などの他の輸送形態と比較してエネルギーを節約することができる。また、列車は輸送している積荷に対して小さい正面面積を持っている。このことから[[抗力|空気抵抗]]が減少し、そしてそれ故にエネルギー使用量が削減される。

さらに、車輪を案内する軌道の存在は非常に長い列車が1つもしくは少数のエンジンで牽引され、曲線でさえ姿勢を乱すことなく通過することを可能する。対照的に道路輸送では長大な車両は2つ以上の関節が[[フィッシュテーリング]]<ref group="注釈">車の後尾が魚の尾のように左右に振られ姿勢を乱すこと。</ref>を引き起こし、自車のみならず他車や歩行者、建造物を危険にさらすことになる。

輸送手段の移動に費やされたエネルギーのみを考慮し、[[ポルトガル|ポルトガル共和国]][[リスボン]]市街地の例を使用すると、乗客の輸送に消費されるエネルギーは電車が自動車より平均20倍ほど効率的であることが分かる<ref>{{cite web|author=Publicada por João Pimentel Ferreira |url=http://www.veraveritas.eu/2013/02/carro-ou-comboio.html |title=Carro ou comboio? |publisher=Veraveritas.eu |date= |accessdate=2015-01-03}}</ref>。

=== 使用 ===
これらの利点により、鉄道輸送は多くの国で旅客輸送と貨物輸送の主要な形態となっている。ヨーロッパでは多くの地域に鉄道網が張り巡らされており、統合されたネットワークが実質的に大陸全体を網羅している。インド、中国、韓国、日本では毎日何百万という人々が電車を通勤・通学用の交通機関として利用している。北米では貨物鉄道輸送が広く普及しており頻繁に使用されているが、他の輸送機関、特に自動車や航空機の人気が高まっているため、都市間旅客鉄道輸送は[[北東回廊]]の以外の路線では比較的乏しい傾向にある<ref name="APTA stats">{{cite web| url=http://www.apta.com/research/stats/ridership/| title=Public Transportation Ridership Statistics| publisher=American Public Transportation Association| year=2007| accessdate=10 September 2007 |archiveurl = https://web.archive.org/web/20070815101950/http://www.apta.com/research/stats/ridership/ <!-- Bot retrieved archive --> |archivedate = 15 August 2007}}</ref>。南アフリカ、北アフリカ、アルゼンチンには広範な鉄道網があるが、アフリカと南米の他の場所にあるいくつかの鉄道は他の路線との接続を持たない孤立した路線である。オーストラリアは人口密度に見合った一般的にまばらな路線網を持っているが、南東部では重要な路線網を持つ地域がある。オーストラリアに以前から存在していた東西大陸横断線に加えて、南北大陸縦断線が建設された。世界一高い場所を走る鉄道は中国[[青海省]][[西寧市]]と[[チベット自治区]][[ラサ市]]を結ぶ[[青蔵鉄道]]で、一部区間では永久凍土地帯も通過する<ref>{{Cite news|publisher=Xinhua News Agency|date=24 August 2005|url=http://news.xinhuanet.com/english/2005-08/24/content_3397297.htm|title=New height of world's railway born in Tibet|accessdate=8 May 2011}}</ref>。西ヨーロッパは世界で最も高い鉄道密度を持っており、各国の路線網の技術的および組織的な違いにもかかわらず、そこでは別の国へ乗り入れる国際列車が多く運行されている。

=== 社会的および経済的利益 ===
[[File:JRE-TEC-E5 omiya.JPG|thumb|[[東北新幹線|東北]]・[[北海道新幹線]]の[[新幹線E5系・H5系電車|E5系]]]]

==== 近代化 ====
鉄道は現代性の形成と進歩のアイデアの中心である<ref>Schivelbusch, G. (1986) The Railway Journey: Industrialization and Perception of Time and Space in the 19th Century. Oxford: Berg.</ref>。19世紀の近代化のプロセスは、空間指向の世界から時間指向の世界への移行を伴っていた。列車の運行には正確な時間が不可欠であり、誰もがその時間が何であるかを知る必要があり、その結果、駅や公共の場所の時計台、鉄道労働者用および乗客用の懐中時計が生まれた。列車は早発することはなく時間通りに出発した。これは前近代の時代の客船では船長が十分な乗客を持ったと判断した時に出発していたのとは対照的である。しかし、前近代の時代の時間は地方によって異なっていたため、標準的な時間帯の導入によって混乱を無くした。印刷された[[時刻表]]は乗客にとって便利なものであったが、[[ダイヤグラム]]や[[乗務行路表]]などのより複雑な時刻表は列車乗務員、整備士、駅員、保線員にとって非常に重要であった。当時の路線はほとんどが[[単線]]であり、後から来る優等列車を先に行かせる、あるいは対向列車との[[列車交換|行き違い]]を行うための引込線や[[信号場]]があった。このため、時刻表は何をすべきか、どこでそれをすべきか、いつまでに到着しておくべきかを伝達する重要な手段であった。悪天候などで列車の大幅な遅延や運転取止めが発生すると、スジ屋と呼ばれるダイヤグラム作成者が正常ダイヤに戻るまでの繋ぎとして臨時のダイヤを即興で作成する。ビジネス組織が近代的な大企業の標準モデルを作成したのと同じように、鉄道の時刻表もバスや船舶、航空機の時刻表、ラジオやテレビ番組のスケジュール、工場のスケジュールなどの様々な用途に適用されていった。現代の世界は時計と時刻表によって支配されていた<ref>Tony Judt, ''When the Facts Change: Essays 1995–2010'' (2015) pp. 287–288.</ref>。

==== 企業経営のモデル ====
歴史家[[ヘンリー・アダムズ]]は鉄道について以下のように述べている。

:世代のエネルギーは、資本、銀行、鉱山、炉、商店、発電所、技術的知識、機械的人口、そして社会的・政治的習慣、アイデアの着実な改造など、新しい規模に適合し、新しい条件に合うような制度を必要としていた。1865年から1895年の間の世代ではすでに鉄道に抵当権が与えられており、誰もそれが世代よりも良くそれを知っていなかった<ref>{{cite book |last=Adams |first=Henry |chapter-url=http://xroads.virginia.edu/~HYPER/hadams/eha16.html |title=The Education of Henry Adams |year=1918 |page=240 |chapter=The Press (1868) |accessdate=May 11, 2017}}</ref>。
:(the energies of a generation, for it required all the new machinery to be created – capital, banks, mines, furnaces, shops, power-houses, technical knowledge, mechanical population, together with a steady remodelling of social and political habits, ideas, and institutions to fit the new scale and suit the new conditions. The generation between 1865 and 1895 was already mortgaged to the railways, and no one knew it better than the generation itself.)

その影響は出荷、財務、管理、経歴、そして一般的な反応という5つの側面から調べることができる。

===== 旅客および貨物輸送 =====
最初に、鉄道は大規模な国内市場で貨物や乗客を輸送するための非常に効率的なネットワークを提供した。その結果、製造業、小売業、卸売業、農業、金融業など、経済のほとんどの分野に大きな影響を与えた。アメリカ合衆国では現在、実質的にヨーロッパの規模に匹敵する統合された国内市場を有しており、内部の障壁や関税はなく、すべて共通の言語、金融システムと法制度によって支えられている<ref>Leland H. Jenks, "Railroads as an economic force in American development." ''Journal of Economic History'' 4#1 (1944): 1–20. [https://www.jstor.org/stable/2113700 in JSTOR]</ref>。

===== 民間金融システムの基礎 =====
鉄道会社による資金調達は、民間（非政府）金融システムの劇的な拡大の基礎を提供した。鉄道の建設は工場の建設よりはるかに高価であった。1860年、アメリカ合衆国の鉄道の株式と債券の合計は18億ドルで、1897年にはそれは106億ドルにまで達した。なお、この時の国債総額は12億ドルであった<ref>Edward C. Kirkland, ''Industry comes of age: Business, labor, and public policy, 1860–1897'' (1961) pp. 52, 68–74.</ref>。資金は北東部全体の金融業者から、そしてヨーロッパ、特にイギリスから調達された<ref>Alfred D. Chandler, Jr., "Patterns of American Railroad Finance, 1830–50," ''Business History Review'' 28#3 (1954), pp. 248–63 [https://www.jstor.org/stable/3111573 in JSTOR]</ref>。資金の約10パーセントは政府からのもので、特に土地交付金の形で提供された<ref>Kirkland, ''Industry comes of age'' (1961) pp. 57–68.</ref>。アメリカ合衆国の新興金融システムは鉄道債に基づいていた。1860年までにニューヨークは主要な金融市場としての地位を確立した。イギリスは世界中の鉄道に多額の投資を行ったが、アメリカ合衆国ほど多くはなかった。1914年までに投資総額は約30億ドルに達した。1914年から1917年にかけて、投資を受けた国々はアメリカの資産を清算し、戦争用品の支払いを行った<ref>Leland H. Jenks, "Britain and American railway development." ''Journal of Economic History'' 11#4 (1951): 375–388. [https://www.jstor.org/stable/2113694 in JSTOR]</ref><ref>Saul Engelbourg, ''The man who found the money: John Stewart Kennedy and the financing of the western railroads'' (1996).</ref>。

===== 現代の管理システムの発明 =====
鉄道管理者は、現地の工場所有者が夢見る数時間のうちに自分の工場のあらゆる部分を巡回することができるシステムよりも遥かに複雑な同時関係を処理できるシステムを設計した。これに伴い土木技師が鉄道の上級管理職となった。アメリカ合衆国を代表するイノベーターは、1840年代が[[ボストン・アンド・オールバニ鉄道|マサチューセッツ・ウェスタン鉄道]]と[[ボルチモア・アンド・オハイオ鉄道]]、1850年代が[[エリー鉄道]]、1860年代が[[ペンシルバニア鉄道]]であった<ref>Alfred D. Chandler and Stephen Salsbury. "The railroads: Innovators in modern business administration." in Bruce Mazlish, ed., ''The Railroad and the Space Program'' (MIT Press, 1965) pp. 127–162</ref>。

==== 交通手段 ====
鉄道は、多数の顧客や労働者を[[郊外]]から[[都心|都心部]]、あるいはその反対へ輸送することで社会の活性化と経済競争力に貢献している。[[香港]]は鉄道を「[[公共交通機関]]の中枢」と認識しており、鉄道を中心に連携を取りつつバスシステムや道路インフラを開発した<ref>Hong Kong Information Services Department of the Hong Kong SAR Government. Hong Kong 2009</ref>。[[北京市|北京]]、[[上海市|上海]]、[[広州市|広州]]などの中国の大都市では、電車の運行を枠組みとしたバスの運行が首都圏の交通システムの主要機関として認識されている<ref>Hau H., Yun-feng G., Zhi-gang, L., Xiao-guang, Y. (2010). Effect of Integrated Multi-Modal Transit Information on Modal Shift. Intelligent Transportation Systems (ITSC), 2010 13th International IEEE Conference. 1753-1757pg.</ref>。日本の[[新幹線]]は、「日本の産業と経済の中心」である[[東京駅]] - [[神戸駅 (兵庫県)|神戸駅]]間を結ぶ[[東海道本線]]で増大する交通需要に応えるために建設された<ref>Nishida, M., The Shinkansen High-Speed Rail Network of Japan. Proceedings of an IIASA Conference, June 27–30, 1977.</ref>。

[[File:Bundesarchiv Bild 146-1994-022-19A, Mobilmachung, Truppentransport mit der Bahn.jpg|thumb|right|1914年8月に前線へ向かうドイツ軍人を乗せた兵員輸送車。[[客車]]の文字は'''Von München über Metz nach Paris''' (ミュンヘンからメス経由でパリへ)。]]
20世紀の大半の間、鉄道は軍の[[動員]]の非常に貴重な要素であり、大量の予備兵を彼らの召集地点へ、そして歩兵を最前線へと迅速かつ効率的に輸送することを可能にした。しかし、21世紀までには鉄道輸送は同じ大陸の場所に限定され戦闘機の発達により航空攻撃を受けやすくなっていたため、航空輸送の採用によって大きく置き換えられていった。

==== 悪影響 ====
[[公道]]の拡大とは対照的に、鉄道は密集した[[都市的地域]]に向かって、またその沿線に沿って成長し、周辺の郊外の開発を促進し走行距離の増加、[[温室効果ガス|炭素排出]]、グリーンフィールド地区の開発、および[[自然保護区]]の枯渇に寄与する。これらの取り決めは、都市空間、地方[[租税|税]]<ref name="lewandIJEIT">{{Cite journal | first = Krzysztof | last = Lewandowski | title = New coefficients of rail transport usage|journal=International Journal of Engineering and Innovative Technology (IJEIT)|volume=5|issue=6| year=2015| pages=89–91|issn=2277-3754|url=https://www.researchgate.net/publication/294534165| format = PDF }}</ref>、[[住宅]]価格、および複合用途開発の促進を再評価する<ref>Squires, G. Ed. (2002) Urban Sprawl: Causes, Consequences, & Policy Responses. The Urban Institute Press.</ref><ref>Puentes, R. (2008). A Bridge to Somewhere: Rethinking American Transportation for the 21st Century. Brookings Institution Metropolitan Policy Report: Blueprint for American Prosperity series report.</ref>。

[[ウィーン]]から[[プラハ]]への[[オーストリア＝ハンガリー帝国]]最初の鉄道の建設は、新しい繁栄の約束のために1837年から1842年に行われた。建設は予想以上に費用がかかることが判明し、地元産業には国内市場がなかったため収益は減少した。町中では列車による騒音、臭い、汚染、そしてエンジンのすすや燃え差しによる住宅や周辺の土地への被害のために、鉄道の到着が地元の人々を激怒させた。また、地元の人々が鉄道を必要とすることがほとんど無かったことも受け入れられなかった一因である<ref>Chad Bryant,  "Into an Uncertain Future: Railroads and Vormärz Liberalism in Brno, Vienna, and Prague." ''Austrian History Yearbook'' 40 (2009): 183-201.</ref>。

=== 安全性 ===
[[File:Road-way vs. railway safety.png|thumb|right|upright=1.6|[[ユーロスタット]]と[[欧州鉄道機関]]によると、鉄道輸送は乗用車と比較して乗客・乗員の死亡リスクが28倍ほど低い。2008年 - 2010年の欧州連合加盟国27ヶ国のデータに基づく<ref>{{cite web|url=http://epp.eurostat.ec.europa.eu/portal/page/portal/transport/data/database |type=statistical database |title=Statistics database for transports |date=20 April 2014 |website=epp.eurostat.ec.europa.eu |publisher=Eurostat, European Commission |accessdate=12 May 2014 |deadurl=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20120603163108/http://epp.eurostat.ec.europa.eu/portal/page/portal/transport/data/database |archivedate=3 June 2012 |df= }}</ref><ref>{{cite web| url=http://www.era.europa.eu/Document-Register/Documents/SPR%202013%20Final%20for%20web.pdf| title=Intermediate report on the development of railway safety in the European Union 2013| editor=Vojtech Eksler| format=PDF| type=report| website= www.era.europa.eu| date=5 May 2013| page=1| publisher=Safety Unit, European Railway Agency & European Union| accessdate=12 May 2014}}</ref>]]
列車は非常に高速で走行することができるが、重量があり、線路から逸脱することができず、停止するには長い制動距離が必要である。考えられる事故には線路から列車が逸脱する[[列車脱線事故|脱線事故]]、別の列車と衝突する[[列車衝突事故|衝突事故]]、列車から出火する[[列車火災事故]]、線路内に立ち入った人と衝突する[[鉄道人身障害事故|人身障害事故]]、[[踏切]]内に取り残された人や自動車と衝突する[[踏切障害事故]]などがある。この内最後の2つ、人身障害事故と踏切障害事故が鉄道事故の大部分を占めている<ref>{{Cite web|和書|url=http://www.mlit.go.jp/common/001246059.pdf|title=鉄軌道輸送の安全に関わる情報（平成29年度）|format=PDF|publisher=国土交通省|accessdate=2019-7-14}}</ref>。事故を防止するための最も重要な安全対策は、厳しい運営規則である。主な事故対策としては、脱線事故では曲線や分岐器の手前に[[自動列車停止装置]] (ATS) の[[自動列車停止装置#地上子|地上子]]を設置し制限速度を超過している場合は自動で減速を行うようにしたり、衝突事故では[[信号保安]]を整備することで同一区間への複数列車の進入を防いだり、火災事故では難燃性の素材で車両を製造し延焼を最小限にしたり、踏切障害事故と人身障害事故では緊急停止ボタンの整備・周知や踏切の[[立体交差]]化、ホームへの[[ホームドア]]の設置などが挙げられる。また、列車に[[警笛#鉄道車両|警笛]]や[[警笛#ミュージックホーン|ミュージックホーン]]を搭載し、吹鳴することで列車の存在を乗客へ知らせて列車へ注意を向けさせることも重要である。

日本の[[新幹線]]のような高速列車の安全性における重要な要素は、本線上に踏切がなく専用の鉄道路線のみを走っているという事実である。これにより線路内に進入した自動車や歩行者との衝突事故が起きる可能性が効果的に排除され、定時性と安全性の向上に役立っている。

また、事故のほか[[テロリズム|テロ攻撃]]に対する対策も重要である。駅構内では駅員・警備員・警察官による巡回やごみ箱の集約・撤去・内部可視化改造、監視カメラによるモニタリングなど<ref name="antiterrorist">{{Cite web|和書|url=https://www.mlit.go.jp/common/000147693.pdf|title=わが国における鉄道テロ対策の概要|format=PDF|publisher=国土交通省|accessdate=2019-7-14}}</ref><ref>{{Cite web|和書|url=http://www.mlit.go.jp/common/001115222.pdf|title=駅構内における警戒強化|format=PDF|publisher=国土交通省|accessdate=2019-7-14}}</ref>、車内では車掌・警備員・警察官による巡回や手荷物確認、乗務員室の施錠、ごみ箱の封鎖などの対策が行われている<ref name="antiterrorist" /><ref>{{Cite web|和書|url=https://www.mlit.go.jp/common/000147696.pdf|title=列車内における警戒強化|format=PDF|publisher=国土交通省|accessdate=2019-7-14}}</ref>。また、監視カメラが不審物を放置されたことを検知すると自動で放置した人物を追跡する不審者検知・追跡システムや構内複数個所にセンサーを設置し[[生物兵器|生物剤]]・[[化学兵器|化学剤]]を検知すると警報を発する生物剤・化学剤検知システム、自動改札機に爆発物検知装置を設置し爆発物の持ち込みを防ぐ爆発物検知システムなど最新技術を用いた対策も行われている<ref>{{Cite web|和書|url=http://www.mlit.go.jp/common/001115224.pdf|title=我が国の鉄道テロ対策のベストプラクティス|format=PDF|publisher=国土交通省|date=2016/1|accessdate=2019-7-14}}</ref>。

=== 大気汚染 ===
2018年の調査では、[[北京地下鉄]]の開通により「大気汚染物質濃度のほとんど（PM 2.5、PM 10、SO 2、NO 2、CO）が減少したが、オゾン汚染にはほとんど影響がない」ことがわかった<ref>{{Cite journal|last=Guo|first=Shihong|last2=Chen|first2=Liqiang|date=2018-10-07|title=Can urban rail transit systems alleviate air pollution? Empirical evidence from Beijing|journal=Growth and Change|language=en|doi=10.1111/grow.12266|issn=0017-4815}}</ref>。

=== 経済発展指標としての近代鉄道 ===
ヨーロッパの[[開発経済学|開発経済学者]]は、近代的な鉄道インフラの存在が国の経済的進歩の重要な指標であると主張してきた。この見通しは、特に[[基本的な鉄道輸送インフラ指数]]（BRTI指数）によって示されている)<ref>{{cite news| url= https://www.academia.edu/6494981/Transportation_Infrastructure_and_Country_Attractiveness| work= Revue Analyse Financière| location=Paris | title= Transportation Infrastructure and Country Attractiveness| first= M. Nicolas J. | last= Firzli | date=1 July 2013 | accessdate=26 April 2014}}</ref>。

== 関連項目 ==
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* [[鉄道輸送の概要]]
* [[旅客鉄道用語]]
* [[世界の鉄道一覧]]
* [[国の鉄道路線長順リスト]]
* [[国の鉄道利用順リスト]]
* [[鉄道雑誌の一覧]]
* [[鉄道運営組織一覧]]
* [[鉄道業界の職業一覧]]
* [[鉄道工学]]
* [[鉄道輸送における環境デザイン]]
* [[国際鉄道連合]]
* [[イギリス国鉄]]
* [[鉱山鉄道]]
* [[交通の歴史]]
* [[メガプロジェクト]]
* [[日本の鉄道]]
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== 脚注 ==
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=== 注釈 ===
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=== 出典 ===
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== 外部リンク ==
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