城市軌道交通系統建設受投資、徵地等諸多因素制約，不可能像鐵路一次設計、一次建設，需要分階段建設和實施，一般的做法是逐線建設，即使是一條線也要求分段建設，這種建設模式對系統運作帶來相當大的挑戰，分階段實施的作法，其系統擴充性非常高，至於一次性完工的系統，若建成後的系統需升級或改造，必須注意不能中斷系統運行，也就是說這類系統必須具有在線特性，可以邊測試邊運行，系統的擴充性和在線特性，對於降低系統開發成本與運行成本都有直接關係。

圖一

軌道交通扮演城市的的重要運輸角色，因此其系統運作必須多樣化，所謂的多樣化指的是根據城市狀況而可彈性調整，例如在節慶假日和重大活動時，可適時調整運輸計劃，要達到此目標，系統初期規劃時的在線運輸計劃系統就必須納入。

除了特殊節日外，軌道車輛運行時，每日載客量的尖離峰發車密度的調整也是必須，而這和行車指揮系統密切相關，在此需求下，必須同時有兩條不同的技術方式：訊息集中控制集中，訊息集中控制分散，至於如何進行選擇，則用下面的事例說明。

以日本為例，日本的新幹線由JR東日本，JR西日本，JR東海道等鐵路公司營運。因此，新幹線的運輸調度指揮系統分為二大類：其一為COMTRAC（JR西日本，JR東海道採用），其二為COSMOS（JR東日本採用）。COMTRAC採用的是訊息集中控制集中模式，而COSMOS採用的是訊息集中控制分散模式，訊息集中是指列車計劃訊息的集中，以及列車運行訊息的集中。控制分散是指列車進路控制由各個車站的系統「程序進路控制裝置」（PRC）完成。

由此可以看出，車站PRC只要有運行圖訊息就可以實施路線控制，在正常情況下，由調度中心向車站PRC傳送運行圖訊息；而在非正常情況下（災害），由各車站PRC定期擷取並建立基本運行圖資料庫，以備緊急情況使用。

自律分布系統

至於列車在線訊息的集中，在災害發生時，只需收集列車運行狀態的最低基本訊息，並不必建設1：1的備用中心。

日本東京圈自律交通運行控制系統（ATOS）是目前世界上最大的自律分布系統，這套系統管理東京地區200多個車站和2000多公里的軌道線路，達到行車指揮、設備監控和旅客訊息服務綜合自動化、列車的高密度運行（120秒）、系統的分階段的目標。這一系統也是採用的訊息集中控制分散模式。

列車自動控制系統主要有兩種模式，一是在地面系統制定出速度指令，發送到軌道電路上，列車按速度指令行車；一個是地面系統只發送停車點訊息，列車以此一訊息，再加上自身的位置與制動性，自動產生平滑的制動曲線，這種模式也可以稱為（列車位置）訊息集中（制動）控制分散，可以適應不同車輛的不同制動性能，達到高密度運行。

維護作業管理模式

系統的維修模式也是重要問題，目前面前維護作業管理的自動化並不容易。

系統維修模式的第一個問題涉及不中斷運行維護，也就是在線維護與測試，而系統是否具備在線維護的能力，又與系統的體系結構密切相關，第二個問題則是維護的管理模式，是集中還是分散，現有的維護管理多屬種集中模式，一切均在調度人員管制下完成，分散的維護管理模式是指由調度中心、車站和現場作業人員共同完成維護作業。

在這種模式下，調度中心負責訊息（維護作業計劃）集中，車站負責路線控制，現場作業人員則負責維護作業時的進路申請和作業實施，過去調度中心的權限開始下放給車站和現場作業人員，各個環節具有相當的自主權並相互協調。

安全性是城市軌道交通系統的基本要求，軌道交通系統的各個環節如通訊訊號、行車指揮、列車控制、牽引供電和車輛等，都必須注意穩定性原則，穩定性涉及軟硬體和通訊編碼等方面，如何讓系統更穩定，是軌道交通產業永遠的課題。

彈性架構靈活運用

對城市軌道交通系統來說，要達到預期的穩定性，光是快速排除故障的方式是不夠的，故障排除屬於被動的技術措施，如何保持運輸服務的連續穩定性是軌道公司的首要目標，不過維持穩定度的技術，要可快速導入並做到100%的可用，在理論上雖可辦得到，但仍要評估成本要素，有時由於外界因素（如災害、人身傷亡事故等）的影響導致服務中斷仍不可避免，因此軌道系統運作，非正常情況下的快速恢復作業的制定，仍是相對務實的作法。

在高密度運行區間，為防止列車故障或事故時引發混亂、列車誤點，需要靈活快速的列車群自動控制系統，在正常情況下，列車群自動控制依賴運行圖；在非正常情況下，要讓列車的避讓、折返、避免在站間停車，則由調度員的指揮。

為保證運輸服務的可用性，穩定的列車群自動控制系統勢必不可少，從技術上看，系統可用性也有兩種技術路線：容錯和防錯。防錯主要採用備援技術，不過100%的備用，系統的成本太高，規劃者必須在風險與成本中，取得最佳平衡，至於容錯則是容許模組錯誤和故障發生，採用模組化設計，在建置初期與後續維修兩方面，都是目前最佳作法。

軌道交通設計開發理念

綜觀前文所敘，要滿足城市軌道交通系統的技術需求，需要建立新的設計開發理念和方法，其主要觀點和方法包括：

1.訊息集中、控制分散的技術方式，為達成城市軌道交通系統運輸組織的多樣化和高密度化，採用訊息集中、控制分散的技術路線是最佳選擇。

2.調度中心、車站、現場作業人員協同的作業分攤模式，這一模式對城市軌道交通系統的高效協同運行有重要意義。

3.城市軌道交通自動化系統架構方面，目前廣泛採用集中式結構和客戶/服務體系結構，對大規模城市軌道交通自動化系統而言，集中式的系統結構已不能滿足系統動態變化和擴展需求，而客戶/服務器結構又有系統負荷過度集中的問題。因此，研究適合於大規模城市軌道交通自動化系統結構，以滿足系統動態擴展的要求是一項重大課題。

4.系統設計方法論。目前，系統設計大多採用由上而下的方式，包括結構化設計和應用族群規劃等方法，這些方法假定在設計階段系統的結構、規模和功能是確定的，系統的擴展和變化，必將引起整個系統的變化，可謂“牽一髮動全身”，對於大規模系統而言，不可能一次設計、一次完工，而需要分階段設計和建設實施，採用由下向上，由子系統逐步構成整個系統的系統設計方法學勢在必行。

5.系統容錯技術。目前的雙機或多機備援技術，基本上屬於防錯技術，在實際應用中，有著成本高，錯誤覆蓋率難以全面等問題，針對城市軌道交通自動化系統的特點，研究低開發成本、已達到實質意義上的容錯技術仍屬必要。

6.快速故障排除技術。軌道交通自動化這類要求快速排除故障的系統，需要從軟硬體和通信等層進行系統研究，並重點解決工程實用化問題，目前這一方面的研究仍有待加強。

這幾年城市軌道交通自動化系統的設計開發概念，越來越完整，其概念又直接刺激相關技術研發與導入，就目前來看，軌道交通的主要自動化技術，仍以相關自動化大廠如西門子、龐巴迪等公司最為先進，這些公司不只在技術，建置經驗與握有資源也都更充沛，尤其是與各國官方主事單位長久以來所建立的合作默契，更築起了高聳的競爭門檻，在此情況下，其他自動化廠商如工業電腦業者，想要切入發展，就只能先由不涉及行車主控的週邊子系統如售票、監控等部份跨入，要將觸角延伸到後端主系統，除了投入大量資源進行研發外，新概念的提出或舊概念的再解釋再延伸，也是取得市場主導權的方式之一，有意往軌道交通發展的自動化業者，可仔細評估、考慮此方向的可行性。