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城市轨道交通（英语：Urban rail transit，香港称作铁路集体运输，台湾称作都市轨道运输[1][2][3]），是都市公共交通系统的一种，泛指在城市中沿特定铁轨运行的公共交通工具，在台湾又称作“大众捷运系统”。
城市轨道交通系统是对此一系统的现象进行描述的命名方法，“城市”（Urban）指在人口稠密的城市地区，“轨道交通”是指以轨道形式为主的交通模式，其中又包括了地铁（Metro）、通勤铁路、轻轨（Light Rail Transit）、有轨电车（Tram）、单轨（Monorail）、自动导向轨道系统（AGT或APM），（可能亦包括导向巴士（Guided bus）、地面缆车（Funicular））等多种类型[4][5][6][7]。
城市轨道交通在中国大陆的定义是：“采用专用轨道导向运行的城市公共客运交通系统，包括地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统、市域快速轨道系统[8]。”
台湾依《大众捷运法》定义是：“指利用地面、地下或高架设施，使用专用动力车辆，行驶于导引之路线，并以密集班次、大量快速输送都市及邻近地区旅客之公共运输系统。”
地铁（Metro）是指城市轨道交通的分类下，使用传统钢轨钢轮系统的技术形式。与其他技术如自动导向轨道系统（AGT或APM）、单轨（Monorail）、磁浮（Maglev）等有别，分别对应不同的英语词汇。捷运或大众捷运系统（Mass Rapid Transit, MRT）则是以服务城市内运输的轨道系统之通称，意同于城市轨道交通，但在中文环境中可与“地铁”一词通用，特别在台湾。
换言之，地铁一般指传统钢轨钢轮系统者，亦为世界上最常见之系统形式。伦敦地铁是世界上首个地铁系统，故“地铁”一词沿用至今。大多数的地铁系统都建造于地底之下，有时为了配合修筑的环境、建设成本等，也有地面及地上的路段存在，因此通常涵盖了都会地区各种地底与地面上的高、中运量交通运输系统[9]。
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通勤铁路又称为市域（郊）铁路，一般是指利用现有的城际铁路改建升级，使之能在城市区域内提供中长距离运输服务之路线，主要服务都市圈中心城市与周边城镇的通勤客流，服务范围50~100Km。不同于城际铁路主要服务城市之间长距离商务、探亲、旅游等客流，服务范围100~300Km；地铁主要解决城市内部短距离通勤，服务范围30~50Km，因此三者依“区域范围”区分。例如香港的港铁东铁线是重型铁路系统，服务对象同时包括短距离通勤乘客和中长距离的跨境乘客。台湾铁路公司“区间车”亦属之（不同于服务西部干线、东部干线、南回线等长程运输之铁路干线，如自强号、莒光号）。2000年后的台湾铁路亦开始推行“捷运化”，逐渐纳入城市轨道交通的一环，不再仅以服务中长程运输为主。韩国首都圈广域急行铁道（GTX），由SG铁道负责营运，全长83.1公里，共设11站，部分路段与SRT水西平泽高速线共轨。马来西亚通勤铁路由马来亚铁道KTM提供服务，并将1、2号线列入巴生谷综合运输系统（城市轨道交通）的组成。德国S-Bahn由德国国铁（DB）运营，联系城市中心及周边地区的市郊铁路系统。
在部分铁路发达的国家与地铁之界线十分模糊，更甚者会与地下铁路作直通运转，如日本东海道线（JR），服务对象也同时包括短距离通勤乘客和中长距离跨县的城际乘客，但也有专门用于通勤的路线，如山手线。
“轻轨”源自1972年由美国城市大众运输管理局（UTMA）“light rail”一词，“轻”是指“为轻载、快速移动而设计”，“载客量”是这个定义的关键。轻轨与地铁（metro）使用同样技术，可以说是车厢容量较小、运量略低的地铁、使用小编组的地铁系统（运能约10,000~ 30,000人/小时，为中等运能），有些国家两者亦无严格区分。在中国大陆地区，把使用地铁C型列车等中运量列车称作轻轨。海外国家或地区所称之“轻轨”亦有相似的概念，如吉隆坡轻快铁系统3、4号线（英文为LRT）；印尼大雅加达轻轨、巨港轻轨；马尼拉轻轨；伦敦码头区轻轨；香港轻铁。
简言之，中国大陆与海外国家所称之轻轨，台湾称为中运量捷运系统；台湾所称的“轻轨”，国际上称作“有轨电车（Tram）”。然而，有些国家虽使用APM/AGT系统，仍称其为轻轨。如：新加坡榜鹅轻轨、澳门轻轨、南韩议政府轻电铁等。
港铁便包括一个拥有十二条路线的轻铁系统。2019年12月10日，澳门轻轨氹仔线部分路段通车，成为澳门第一条通车的轻轨路线。台湾属于此类型者例如台北捷运环状线、万大线；新北捷运三莺线；桃园捷运绿线；台中捷运绿线；高雄捷运黄线等。
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“有轨电车（Tram；北美Streetcar /Trolley）”与“地铁”的区分方式在于路线适应能力的不同，“有轨电车”指具备和汽车混合行驶能力的城市轨道交通系统。有轨电车由于可以与其他交通工具共同使用道路路面，有轨电车车厢（Tramcar）大多采取低底盘设计，搭配低月台简易车站或直接由街道上下车，具备因地制宜之弹性。但是随著现代公共交通技术的发展，也有越来越多的城市采用有轨电车或轻轨混合的方式，在腹地宽广的地方与汽车共用道路路面，在腹地狭窄的地方则单独使用高架轨道，根据具体情况灵活设站，两者的分界也越来越模糊。
例如德国科隆为例，Stadtbahn介于地铁（U-Bahn）和有轨电车两者之间，以地铁标准兴建的有轨电车线路，在既有的有轨电车路网上改进。在城市中心，将路面电车线路改为隧道（或高架桥），并拥有专有路权、地下车站，提升效率；在城市外围像有轨电车一样与其他交通方式混行。不仅在城市中心实现了类似传统地铁一样的效能，更有效运用既有电车线路，大幅降低建设成本。
德国卡尔斯鲁厄市在 20 世纪 80 年代末，开创性地使用能够透过专门建造的连接在S-Bahn（郊区铁路）和有轨电车轨道上运行的车辆而得名，从而创建了卡尔斯鲁厄城市铁路 (Karlsruhe Stadtbahn)。有轨电车经过改造，能够像城市有轨电车一样在街道上运行，但也可以与干线铁路一起运行。这使得服务可以利用现有的城市有轨电车系统和干线铁路路网和车站。它将有轨电车或轻轨的城市可及性与郊区干线列车的更快速度结合在一起，即为“Tram-train”。这个概念通常被称为卡尔斯鲁厄模式（Karlsruhe model）。此后它已被其他城市采用，例如法国的米卢斯以及德国的卡塞尔、诺德豪森和萨尔布吕肯。
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现代有轨电车由传统路面电车改良发展而来，最早并在商业上取得成功的有轨电车线于1881年座落于德国柏林，该线最初以导电轨供电，但于1883年改为使用架空电缆[10]。十九世纪末至二十世纪，有轨电车曾经是众多城市内部公共交通的主力。在欧美、澳洲、日本及中国等地，有轨电车曾经相当普及，大中城市如三藩市、墨西哥城、伦敦、马德里、赫尔辛基、雅典、伊斯坦堡、上海、北京、天津、广州、哈尔滨、沈阳、长春、大连、鞍山、京都、大阪、广岛、墨尔本等均有建设。二战结束后至1970年代，由于汽车技术成熟及普及，很多城市（如洛桑、孟买、雅加达、曼谷、珀斯、悉尼等）的有轨电车系统被认为阻碍路面交通而被拆除，大部分相关服务被公共汽车取代。在中国，仅有长春、大连的有轨电车还保留或改建，作为普通（非观光）市内公共交通工具。在1990年代起，欧美、澳洲等地重新展开有轨电车的建设，都柏林、伦敦、伯明翰、雅典、伊斯坦堡、渥太华、休斯顿、悉尼等曾全面淘汰有轨电车的城市均重新引入了现代有轨电车系统。中国大陆则于二十一世纪重新开展了新一轮的有轨电车建设，包括南京、沈阳、淮安、苏州、上海、北京、佛山、海口等大、中型城市均建设了现代化的有轨电车线。而于香港港岛运行的电车全部采用双层电车，为全球现存唯一全数采用双层电车的电车系统。2015年，高雄捷运环状轻轨部分路段通车，成为台湾第一条通车的轻轨（有轨电车）路线。
单轨是一种新型的运输工具，可分为跨坐式、悬吊式单轨。其适应性高：爬坡能力强、转弯半径小、视觉冲击低，但运能则相对较低。故此常用于人口非常密集的都市核心区或地理限制较大的近郊地区作扩大铁路服务范围之用，规模中等的城市也可作为铁路网的骨干。例如日本的东京单轨电车；马来西亚的吉隆坡单轨列车；新加坡的圣淘沙捷运及中国大陆重庆市重庆轨道交通二号线和三号线，武汉市光谷空轨为悬吊式单轨。
由于地面铁路的发展历史早于地下铁路，不少同样属于城市轨道交通的通勤铁路落成的历史比地铁悠久。譬如在伦敦，滑铁卢至雷丁线九橡树至沃金段、九橡树至列治文段（当时属伦敦及南安普敦铁路）先后于1838年及1846年落成，并于伦敦市郊设立车站。[11]这比1863年通车的大都会铁路（伦敦首条地铁）悠久。在纽约，通勒铁路长岛铁路（主线于1844年全线通车[12]）的历史亦较纽约地铁（高架段最早部分于1868年通车[13]、地下段于1904年通车[14][15]）悠久。
世界上首条地下铁路系统是在1863年开通的英国伦敦大都会铁路，是为了解决当时伦敦的交通堵塞问题而建。当时电力尚未普及，所以即使是地下铁路也只能用蒸汽机车。由于车辆释放出的废气对人体有害，所以当时的隧道每隔一段距离便要有和地面打通的通风槽。
绝大多数的城市轨道交通系统都是用来运载市内通勤的乘客，而在很多场合下城市轨道交通系统都会被当成城市交通的骨干。通常，城市轨道交通系统是许多都市用以解决交通堵塞问题的方法。
美国的芝加哥曾有用来运载货物的地下铁路；英国伦敦亦有专门运载邮件的地下铁路。但两条铁路已先后在1959年及2003年停用。
在战争（如第二次世界大战）时，地下铁路亦会被用作工厂或防空洞。不少国家（如韩国）的地铁系统，在设计时都有把战争可能计算在设计内，所以无论是铁路的深度、人群控制方面，都同时兼顾日常交通及国防的需要。
有些地方的地下铁路建筑在地底下为的不单是避开地面的繁忙交通及房屋，还有为避免铁路系统受到户外的恶劣天气的破坏，负面教材有莫斯科地铁地面线：4号及12号线，受到极端寒冷天气的肆虐导致维修费用已经远远高过地下线的建造及维修费用。
另外，城市轨道交通系统亦被用作展示国家在经济、社会以及技术上高人一等的指标。例如前苏联的地下铁路系统便以车站装饰华丽出名，而朝鲜首都平壤的地下铁路系统亦有堂皇的装饰。
最初的城市轨道系统车厢是木制的，后来改为钢制以减少火灾发生造成的危险。自1953年开通的多伦多的地下铁路，车厢开始再改良为铝制，有效减少维修成本和重量。
很多地下铁路行走的隧道，都比在国铁上的更小；所以一般而言地下铁路的列车体积一般比较小。有时隧道甚至会限制列车的形状设计，例如伦敦地铁的部份列车便是。
为了加密班次、减少城市内部的空气污染，大部分城市轨道系统均采用电力为动力来源。虽然如此，仍有部分系统（主要为通勤铁路）并未电气化，需要以柴油作为能源。以柴联车提供服务的系统包括印尼泗水 (印尼)通勤铁路、英国奇尔特恩主线（于大伦敦提供通勤列车服务）[16] 等。
大部份的城市轨道系统都是使用动力分散式的动车组列车（即使用动车车厢，每一节车厢都拥有自己的动力），而不使用动力集中式列车。如果使用动力集中式，经常出现推拉运作。
大多数均需要司机驾驶，但近年部份较为先进的国家开始引入列车自动操作系统。在伦敦、巴黎、台北、高雄、新加坡和香港、上海等地的个别线路上，司机仅负责启动、开关门等的简单操作而毋需控制列车。现在部分路线更能做到全自动驾驶，车上无须司机操作列车，由控制中心的电脑集中控制，以节省人力成本，例如温哥华Skytrain、新加坡地铁、文湖线等。
城市轨道交通系统的运营方式可大致分为两种。一是由政府或自治团体来兴建、营运，被称为公营。另一个则是由民营企业兴建、营运，是为民营。同时还存在著第三种营运方式，经营者虽然是民营企业，但出资者则是公营团体，即PPP模式，这在欧洲和日本较常见。
由于兴建城市轨道交通需要大量资金，主要资金来源为政府提供，或向银行借贷。自香港铁路有限公司以地产（主要为车站／车厂上盖发展为地产项目）补助铁路营运模式获得成功后，各地已有不少城市轨道交通公司仿效（如深圳地铁集团）。这种模式以政府提供车站及／或车厂地皮，作交通系统的兴建资金来源，由城市轨道交通公司寻找地产开发公司合作开发上盖项目。
目前大多数国家的轨道交通票价是按照乘坐距离（或依里程划分不同区间）来决定的，搭乘愈远需付的票价愈高。在一些欧洲国家如英国、德国等，轨道交通的票价采取地域制，以某地方为中心，向外辐射来划定收费区，按收费区计价。对于路线长度较短的系统和资本主义国家，如莫斯科地铁、纽约地铁、墨西哥城地铁等轨道交通系统的票价无论时间还是乘车长度的长短都是定额的。很多国家组织了交通营运联合体，轨道交通系统与其他大众运输工具进行票证整合，轨道交通系统的车票在其他交通工具（如公共汽车或地区铁路）上也能使用。
很多城市轨道交通系统导入了自动收费系统，这样可节省大量人工，节省运营成本。只要插入专用车票或IC卡，自动收费系统的验票闸门就可自动放行。在日本，城市轨道交通系统的自动收费装置还有诸如自动判定票的馀额是否不足与判定使用次数等智慧功能。
另外在德国和奥地利等国，轨道交通系统营运采用实行“自助餐制”（信用乘车方式）。全面废止在车站内验票，而是在车内进行突击验票。在这个情况，若是逃票要缴交正常票价8倍以上的高额罚款（这些国家内的其他市内交通机关也施行同样的制度）。若境外游客逃票超过一定次数，甚至会影响该游客的诚信档案以至于无法成功办理第二次签证。
由于都市内交通运输拥塞，大众普遍要求“不需要太长等候时间就能搭乘”。为此列车的运行间隔通常被设定10分钟以下，莫斯科在交通尖峰时段更是一分钟就有一班次。但在一些较长或客流量少的线路班距可在10分钟以上，如大连地铁3号线低峰时段、台北捷运小碧潭支线全日等。
绝大多数的路线均是各站皆停。但通勤铁路或部分路线长度较长的地铁，会有开行快车，快车会不停一些较小型的车站，如广州地铁21号线、北京地铁6号线、伦敦伊利沙伯线等。
世界的大部分的轨道交通线路，从早晨6点营运到凌晨12点左右。通常于早晨4点至7点发首班车，晚上10点至凌晨1点发末班车。伦敦（仅限周五、六晚上[17]）、芝加哥和纽约是少数的例外，24小时通宵营运。
- 地铁列表
- 中运量系统列表
- 路面电车与轻轨系统列表
- 世界城市轨道交通年乘客量列表
- 城市轨道交通列车车型
- 地铁站
- 地下化铁路之空气动力：活塞效应
- 隧道洞口微压波噪音
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