城市軌道交通系統(tǒng)建設(shè)受投資、徵地等諸多因素制約，不可能像鐵路一次設(shè)計、一次建設(shè)，需要分階段建設(shè)和實(shí)施，一般的做法是逐線建設(shè)，即使是一條線也要求分段建設(shè)，這種建設(shè)模式對系統(tǒng)運(yùn)作帶來相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，分階段實(shí)施的作法，其系統(tǒng)擴(kuò)充性非常高，至於一次性完工的系統(tǒng)，若建成後的系統(tǒng)需升級或改造，必須注意不能中斷系統(tǒng)運(yùn)行，也就是說這類系統(tǒng)必須具有在線特性，可以邊測試邊運(yùn)行，系統(tǒng)的擴(kuò)充性和在線特性，對於降低系統(tǒng)開發(fā)成本與運(yùn)行成本都有直接關(guān)係。
軌道交通扮演城市的的重要運(yùn)輸角色，因此其系統(tǒng)運(yùn)作必須多樣化，所謂的多樣化指的是根據(jù)城市狀況而可彈性調(diào)整，例如在節(jié)慶假日和重大活動時，可適時調(diào)整運(yùn)輸計劃，要達(dá)到此目標(biāo)，系統(tǒng)初期規(guī)劃時的在線運(yùn)輸計劃系統(tǒng)就必須納入。
除了特殊節(jié)日外，軌道車輛運(yùn)行時，每日載客量的尖離峰發(fā)車密度的調(diào)整也是必須，而這和行車指揮系統(tǒng)密切相關(guān)，在此需求下，必須同時有兩條不同的技術(shù)方式：訊息集中控制集中，訊息集中控制分散，至於如何進(jìn)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(yùn)。因此，新幹線的運(yùn)輸調(diào)度指揮系統(tǒng)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(yùn)行訊息的集中。控制分散是指列車進(jìn)路控制由各個車站的系統(tǒng)「程序進(jìn)路控制裝置」（PRC）完成。
由此可以看出，車站PRC只要有運(yùn)行圖訊息就可以實(shí)施路線控制，在正常情況下，由調(diào)度中心向車站PRC傳送運(yùn)行圖訊息；而在非正常情況下（災(zāi)害），由各車站PRC定期擷取並建立基本運(yùn)行圖資料庫，以備緊急情況使用。
自律分布系統(tǒng)
至於列車在線訊息的集中，在災(zāi)害發(fā)生時，只需收集列車運(yùn)行狀態(tài)的最低基本訊息，並不必建設(shè)1：1的備用中心。
日本東京圈自律交通運(yùn)行控制系統(tǒng)（ATOS）是目前世界上最大的自律分布系統(tǒng)，這套系統(tǒng)管理東京地區(qū)200多個車站和2000多公里的軌道線路，達(dá)到行車指揮、設(shè)備監(jiān)控和旅客訊息服務(wù)綜合自動化、列車的高密度運(yùn)行（120秒）、系統(tǒng)的分階段的目標(biāo)。這一系統(tǒng)也是採用的訊息集中控制分散模式。
列車自動控制系統(tǒng)主要有兩種模式，一是在地面系統(tǒng)制定出速度指令，發(fā)送到軌道電路上，列車按速度指令行車；一個是地面系統(tǒng)只發(fā)送停車點(diǎn)訊息，列車以此一訊息，再加上自身的位置與制動性，自動產(chǎn)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(yīng)不同車輛的不同制動性能，達(dá)到高密度運(yùn)行。
維護(hù)作業(yè)管理模式
系統(tǒng)的維修模式也是重要問題，目前面前維護(hù)作業(yè)管理的自動化並不容易。
系統(tǒng)維修模式的第一個問題涉及不中斷運(yùn)行維護(hù)，也就是在線維護(hù)與測試，而系統(tǒng)是否具備在線維護(hù)的能力，又與系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，第二個問題則是維護(hù)的管理模式，是集中還是分散，現(xiàn)有的維護(hù)管理多屬種集中模式，一切均在調(diào)度人員管制下完成，分散的維護(hù)管理模式是指由調(diào)度中心、車站和現(xiàn)場作業(yè)人員共同完成維護(hù)作業(yè)。
在這種模式下，調(diào)度中心負(fù)責(zé)訊息（維護(hù)作業(yè)計劃）集中，車站負(fù)責(zé)路線控制，現(xiàn)場作業(yè)人員則負(fù)責(zé)維護(hù)作業(yè)時的進(jìn)路申請和作業(yè)實(shí)施，過去調(diào)度中心的權(quán)限開始下放給車站和現(xiàn)場作業(yè)人員，各個環(huán)節(jié)具有相當(dāng)?shù)淖灾鳈?quán)並相互協(xié)調(diào)。
安全性是城市軌道交通系統(tǒng)的基本要求，軌道交通系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)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(wěn)定性原則，穩(wěn)定性涉及軟硬體和通訊編碼等方面，如何讓系統(tǒng)更穩(wěn)定，是軌道交通產(chǎn)業(yè)永遠(yuǎn)的課題。
彈性架構(gòu)靈活運(yùn)用
對城市軌道交通系統(tǒng)來說，要達(dá)到預(yù)期的穩(wěn)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(shù)措施，如何保持運(yùn)輸服務(wù)的連續(xù)穩(wěn)定性是軌道公司的首要目標(biāo)，不過維持穩(wěn)定度的技術(shù)，要可快速導(dǎo)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(zāi)害、人身傷亡事故等）的影響導(dǎo)致服務(wù)中斷仍不可避免，因此軌道系統(tǒng)運(yùn)作，非正常情況下的快速恢復(fù)作業(yè)的制定，仍是相對務(wù)實(shí)的作法。
在高密度運(yùn)行區(qū)間，為防止列車故障或事故時引發(fā)混亂、列車誤點(diǎn)，需要靈活快速的列車群自動控制系統(tǒng)，在正常情況下，列車群自動控制依賴運(yùn)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(diào)度員的指揮。
為保證運(yùn)輸服務(wù)的可用性，穩(wěn)定的列車群自動控制系統(tǒng)勢必不可少，從技術(shù)上看，系統(tǒng)可用性也有兩種技術(shù)路線：容錯和防錯。防錯主要採用備援技術(shù)，不過100%的備用，系統(tǒng)的成本太高，規(guī)劃者必須在風(fēng)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(fā)生，採用模組化設(shè)計，在建置初期與後續(xù)維修兩方面，都是目前最佳作法。
軌道交通設(shè)計開發(fā)理念
綜觀前文所敘，要滿足城市軌道交通系統(tǒng)的技術(shù)需求，需要建立新的設(shè)計開發(fā)理念和方法，其主要觀點(diǎn)和方法包括：
1.訊息集中、控制分散的技術(shù)方式，為達(dá)成城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)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(shù)路線是最佳選擇。
2.調(diào)度中心、車站、現(xiàn)場作業(yè)人員協(xié)同的作業(yè)分?jǐn)偰Ｊ剑@一模式對城市軌道交通系統(tǒng)的高效協(xié)同運(yùn)行有重要意義。
3.城市軌道交通自動化系統(tǒng)架構(gòu)方面，目前廣泛採用集中式結(jié)構(gòu)和客戶/服務(wù)體系結(jié)構(gòu)，對大規(guī)模城市軌道交通自動化系統(tǒng)而言，集中式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已不能滿足系統(tǒng)動態(tài)變化和擴(kuò)展需求，而客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)又有系統(tǒng)負(fù)荷過度集中的問題。因此，研究適合於大規(guī)模城市軌道交通自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以滿足系統(tǒng)動態(tài)擴(kuò)展的要求是一項重大課題。
4.系統(tǒng)設(shè)計方法論。目前，系統(tǒng)設(shè)計大多採用由上而下的方式，包括結(jié)構(gòu)化設(shè)計和應(yīng)用族群規(guī)劃等方法，這些方法假定在設(shè)計階段系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、規(guī)模和功能是確定的，系統(tǒng)的擴(kuò)展和變化，必將引起整個系統(tǒng)的變化，可謂“牽一髮動全身”，對於大規(guī)模系統(tǒng)而言，不可能一次設(shè)計、一次完工，而需要分階段設(shè)計和建設(shè)實(shí)施，採用由下向上，由子系統(tǒng)逐步構(gòu)成整個系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計方法學(xué)勢在必行。
5.系統(tǒng)容錯技術(shù)。目前的雙機(jī)或多機(jī)備援技術(shù)，基本上屬於防錯技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)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(tǒng)的特點(diǎn)，研究低開發(fā)成本、已達(dá)到實(shí)質(zhì)意義上的容錯技術(shù)仍屬必要。
6.快速故障排除技術(shù)。軌道交通自動化這類要求快速排除故障的系統(tǒng)，需要從軟硬體和通信等層進(jìn)行系統(tǒng)研究，並重點(diǎn)解決工程實(shí)用化問題，目前這一方面的研究仍有待加強(qiáng)。
這幾年城市軌道交通自動化系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)概念，越來越完整，其概念又直接刺激相關(guān)技術(shù)研發(fā)與導(dǎo)入，就目前來看，軌道交通的主要自動化技術(shù)，仍以相關(guān)自動化大廠如西門子、龐巴迪等公司最為先進(jìn)，這些公司不只在技術(shù)，建置經(jīng)驗(yàn)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(yè)電腦業(yè)者，想要切入發(fā)展，就只能先由不涉及行車主控的週邊子系統(tǒng)如售票、監(jiān)控等部份跨入，要將觸角延伸到後端主系統(tǒng)，除了投入大量資源進(jìn)行研發(fā)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(dǎo)權(quán)的方式之一，有意往軌道交通發(fā)展的自動化業(yè)者，可仔細(xì)評估、考慮此方向的可行性。
