轨道交通是一种利用轨道列车进行人员或货物运输的运输方式。轨道交通具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地少等特点。轨道交通包括了铁路、地铁、轻轨、有轨电车和磁悬浮列车等。轻轨是一种电气化铁路系统，由于轻轨的机车重量和载客量都较小，使用的铁轨质量也较小，每米只有50千克，而一般铁轨每米的质量为千克，由此得名“轻轨”。地铁主要是指“重轨”，它也是一种电气化铁路系统，运能与“轻轨”相比较大。它必须有单独的道路；车辆由多节车厢组成，速度及加速都较快；有复杂的信号系统；并需有较高的站台上下客。行驶的道路可以在地面、地下和高架线上。国外“重轨”交通系统包括了市郊列车、地铁列车等。从运量来区分，地铁的运输量最大，单向每小时可运送4万至6万人次，轻轨可运送2万至3万人次，有轨电车的运量最小，只有1万人次。从能源使用的角度来说，大多数轨道交通工具都是用电驱动的。
火车
火车早期称为蒸汽机车，也叫列车。主要成分是钢铁，有独立的轨道行驶。它最大的优点就是一次可以拉好多的乘客和货物。发明火车的荣誉归于一位不太出名的英国人特里维塞克。火车早期称为蒸汽机车，也叫列车。主要成分是钢铁，有独立的轨道行驶。火车的发展过程中也经历了各种各样的类型变化。
18世纪初，随着社会生产力的发展，人们急需一种比马车装得多、跑得快的新型车辆。在这种情况下，英国人瓦特发明了蒸汽机。1801年，发明家特里维塞克首先造了在一般道路上行驶的蒸汽动力车辆，于次年申请到专利权。在此基础上，他把瓦特的蒸汽机改造成高压蒸汽机，用这种蒸汽机成功地制造了可以在轨道上行驶的火车头。1804年2月29日，特里维塞克的火车头沿着专门轨道由默尔瑟开到阿伯西昂，开创了世界上第一辆蒸汽车的光辉行程。十年后，英国著名的发明家斯蒂芬森制造并改装了一个相似的火车头，并铺设铁轨，开始在煤矿中使用。这样，后人也就把他当成火车的发明人了。
蒸汽机车是蒸汽机在交通工具上运用的最好范例。蒸汽机是靠蒸汽的膨胀作用产生动力的，蒸汽机车的工作原理也不例外。当司炉把煤填入炉膛时，煤在燃烧过程中，它蕴藏的化学能就转换成热能，把机车锅炉中的水加热、汽化，形成400℃以上的过热蒸汽，再进入蒸汽机膨胀产生动力，推动汽机活塞往复运动，活塞通过连杆、摇杆，将往复直线运动变为轮转圆周运动，带动机车动轮旋转，从而牵引列车前进。不过蒸汽机车有一个很大的缺点，就是必须在铁路沿线设置加煤、水的设施，还要在运营中耗用大量时间为机车添加煤和水。蒸汽机车必须具备锅炉、汽机和走行三个基本部分。
蒸汽机车的分类
蒸汽机车按工作性质的分类为：客运机车、货运机车、调车机车三种。我们主要介绍客运机车。客运机车是适用于牵引旅客列车的机车。对客运机车的要求是，能高速运行，通过曲线时运行平稳。因此，这种机车的动轮直径较大，并在动轮前方设有二轴导轮转向架。客运机车是专门用于牵引货物列车的机车。对货物列车的主要要求是，能够以普通的速度牵引较重的列车。因此，这种机车一般动轮较多，动轮直径比客运机车的小，汽缸直径较大，具有较大的牵引力。为了使机车易于安全通过曲线，一般均装有单轴导轮转向架。客运机车是专门用于编组站或调车场进行列车编组、解体作业的机车。对调车机车的要求是，便于通过道岔及半径较小的曲线以及有足够的牵引力，司机室的设置须便于撩望。因此，这种机车的车身较短，动轮直径较小。我国没有专门类型的蒸汽调车机车，一般是使用旧型货运机车来代替。
内燃机车
人们在使用蒸汽机车的过程中发现，这种机车的一个致命弱点是它的锅炉既大又重，严重影响了它的发展前途。在锅炉里，用煤将水加热成蒸汽，再通入汽缸里，从而推动机车前进。有人设想，如果将这种笨重的锅炉去掉，使燃料直接在汽缸内燃烧，用所产生的气体来推动车轮旋转，就可以克服蒸汽机车的主要缺点。于是，一些科学家便开始进行研究试验。
1866年，德国人奥托首先制成了一种燃烧煤气的新型发动机。这种发动机和蒸汽机在汽缸外面的锅炉里燃烧燃料不同，它是在汽缸内点燃煤气的，然后利用气体的压力推动活塞，从而使曲轴旋转。因此，就给它起了个形象的名字，叫做“内燃机”。内燃机的出现，为火车的进一步发展带来了生机。内燃机车虽然出世较晚，但它后来居上，受到人们的重视。1924年，德、美、法等国成功研制了柴油内燃机车，并在世界上得到广泛使用。1941年，瑞士研制成功新型的燃油汽轮机车，以柴油为燃料。且结构简单、震动小、运行性能好，因而，在工业国家普遍采用。它的突出优点是：
1.速度快。内燃机车起动迅速，加速又快。通常，蒸汽机车的最大时速为110公里，而内燃机车的最大时速可达180公里，使铁路通过能力提高25%以上。
2.马力大。蒸汽机车的功率一般为3000马力左右，而内燃机车可以达到4000～5000马力，因而运载量就多。
3.能较好地利用燃料的热能。蒸汽机车的热效率一般仅为7%左右，而内燃机车可达到28%左右，提高了3倍，从而节省了大量的燃料。
4.适合缺水地区使用。蒸汽机车是个用水“大王”，一列火车平均每行驶10公里，就得消耗水3～4吨。通过干旱的缺水地区，火车就需要自带用水。据统计，在缺水地区运行一列火车，如果有10节车厢，其中有3节车厢是用来装水的。而内燃机车用来冷却的水仅需要几百公斤，供循环使用，内燃机车上一次水，可连续行驶1000公里，因而它被人们誉为“铁骆驼”。
5.司机驾驶操作方便。内燃机的司机不需要像蒸汽机车那样加煤加水，而且驾驶室内明亮宽敞，司机操作时视野开阔，既方便又安全。
内燃机车出世后，以其明显的优势很快就压倒了蒸汽机车。特别是第二次世界大战结束后，由于内燃机车所用的燃料——石油价格较低，能大量供应，因而有力地促进了内燃机车的发展。一些国家如美国、日本、法国、加拿大等国都用继制成了内燃机车，并且在10年左右的时间内实现了铁路机车内燃化，使内燃机车得到了较广泛的使用。
电力机车
1879年，德国西门子电气公司研制了第一台电力机车。它重约954千克，只在一次柏林贸易展览会上做了一次表演。1903年10月27日，西门子与通用电气公司研制的第一台实用电力机车投入使用。其时速达到200千米。
电力机车虽然问世较早，但直到20世纪60年代才开始受到人们的重视，被大量普遍地使用起来，人们将电力机车称为神通广大的“火车头”，就是因为它比蒸汽机车有着以下独特的优点：
1.它的马力大，拉得多、跑得快、爬坡的劲头足。例如，我国在50年代末期修筑的第一条电气化铁路——宝（鸡）成（都）铁路，就充分发挥了电力机车的优越性。从宝鸡到成都，第一道关口就是要翻越气势雄伟的秦岭。过去用3台蒸汽机车拉一列950吨货车上秦岭时，时速为18千米。蒸汽机车下坡时是靠闸瓦制动的，而闸瓦因摩擦就会变热，如果不及时冷却就难以将机车制动住。为了保证行车的安全，蒸汽机车的下坡速度比爬还慢，有时甚至走走停停，以便使受热的闸瓦有足够的时间冷却。后来用3台电力机车取代同样数量的蒸汽机车，就能拉着2400吨的货物，以时速50千米快速上坡，比蒸汽机车在运货量和速度上都提高了近两倍。电力机车下坡时，采用电阻制动，使列车能以每小时40千米的速度下坡，既快速又安全。
2.电力机车用的是“干净”的电能，它不冒黑烟、扬灰渣，因而不会污染环境。机车驾驶人员也能在宽敞明亮的司机室进行操作。
3.电力机车操作简便，出车前的准备时间短，不像蒸汽机车那样，既要装煤，又要加水，也不像内燃机车需要加油。无论是在缺水的沙漠地带，或是在冰天雪地的寒冷地区，只要有电力供应，电力机车就能牵引列车昼夜行驶。
4.电力机车使用的是电能，既可由煤炭、石油来发电，也可由水力、核能、天然气、地热、太阳能等发电，能量来源比蒸汽机车和内燃机车丰富，而且效率高。蒸汽机车的热效率只有7%；内燃机车的热效率较高，也仅为28%；而采用火力发电的电力机车，其效率可达30%，若以水力发电时，热效率高达60%～70%。
高速火车
高速列车是指最高行车速度每小时达到或超过200公里的铁路列车。世界上最早的高速列车为日本的新干线列车，1964年10月开通，最高时速每小时210公里。此后，许多国家相继修建高速铁路，列车运行速度也一再提高。到目前为止，开通高速列车的国家有日、法、德、意、英、俄、瑞典等国。其中法国的TGV系列创下运营速度之最，1993年其速度曾达到每小时515公里。高速列车的优点在于速度高，燃料省，安全可靠及其优良的服务。因此，高速列车从一开始就显示出了巨大的优越性。同普通列车相比，高速列车的性能大大提高，具有如下一些新的技术特点：（1）空气阻力是影响高速列车运行的最主要因素，因此高速列车车头一般都采用流线型的车头形状，外表面光滑并使玻璃窗与外部齐平，以达最优的空气动力型式。（2）在高速行驶时，要保证列车运行有足够的加速力。（3）为实现较大的减速，各国的高速列车不仅对所有的动轴实施制动，而且对从轴也安装了制动装置。如新干线列车对所有的车轴都装有电力制动与盘形制动的双重制动系统；TGV列车对动轴采用电力制动与车轮踏面制动相结合，从轴仅采用盘形制动；ICE对轴采用电力制动与盘形制动相结合，从轴采用涡流钢轨制动加电力制动。（4）采用计算机诊断系统，对列车的安全性及可靠性进行有效的监督与控制。（5）能够提供更好的服务，如隔音、空调等均能达到规定的舒适度。
地铁
大城市中主要在地下修建隧道，铺设轨道，以电动列车运送乘客的公共交通体系，简称地铁。
世界上第一条地铁于1863年诞生在英国首都伦敦。19世纪末，相继有芝加哥、布达佩斯、格拉斯哥、维也纳和巴黎5座城市修建地铁。20世纪上半叶，柏林、纽约、东京、莫斯科等12座城市也先后修建地铁。20世纪80年代中期，全世界地铁营运里程总计超过3000千米。中国于1965年开始修建北京地下铁道。天津和上海也分别于70年代初和80年代初开始修建地铁。
地铁主要是由线路、列车、车站等组成的交通体系。此外还有供电、通信、信号、通风、照明、排水等系统。地铁线路由路基与轨道构成。轨道与铁路轨道基本相同。它一般采用较重型的钢轨，多为混凝土道床或碎石道床。轨距一般为1435毫米标准轨距。线路按所处位置分为地下、地面和高架线路3种。地下线路为基本类型；地面线路一般建在居民较少的城郊；高架线路铺设在钢或钢筋混凝土高架桥上，避免与地面交通平交，并减少用地。地铁列车均采用由电力动车组成的动车组。地铁车站是列车到发和乘客集散的场所，一般建在客流量较大的集散地。地铁车站按站台形式分为3类：①岛式站台车站。站台位于两条线路之间。可以调节上下行不均衡的客流，充分利用站台面积，便于管理。应用比较广泛。②侧式站台车站。站台位于两条线路外侧。须分别设置两个站台。③混合式车站。一个车站内既有岛式站台，又有侧式站台，它们之间用天桥或地道相连。仅为多线车站所采用。地铁由设置在沿线的牵引变电站向列车馈送直流电，电压有600伏、750伏、825伏、1000伏和1500伏等。前4种一般通过第三轨供电，1500伏的通过架空线供电。地铁照明等由降压变电站提供三相和单相交流电。地铁通信采用自动交换电话、调度电话、站间行车电话、无线通信、广播向导系统、电视监视系统、车辆段通信系统、公安电话、事故救援电话等完善的专用通信网。地铁行车信号采用轨道电路自动闭塞信号和电气集中设备。前者是以一段地铁线路的钢轨为导体构成电路，当这段线路被列车占用时，轨道电路就使信号机自动关闭而不使其他列车进入这段线路；后者是通过信号楼内的控制台控制全车站的信号机和道岔。地铁通风采用机械通风。有的国家还在地铁车站和列车上安设空调装置。地铁运营的基本要求是快速、准确、安全、舒适、有秩序地运送乘客。
轻轨
轻轨交通是城市轨道交通的一种，也就是人们常说的快速有轨交通，是20世纪70年代发展起来的一种新型城市公共交通系统，因为它具有诸多优点，而越来越被人们所认可，成为当今世界上发展最为迅猛的轨道交通形式，其优点主要表现在以下几个方面：
（1）运量大，这是相较于普通的城市公共交通而言的，近些年来逐渐发展起来的轻轨交通，大多是采用电子控制的技术较为先进的有轨电车，可以拖挂单节或多节车厢，而其单向最大高峰小时客流量可以达到3万人次。
（2）噪音小、污染小，轻轨采用电力机车牵引，没有困扰城市环境的尾气影响，而且还可以将其所产生的噪音控制在国家规定标准70分贝左右。
（3）速度快、安全性高，这两者在交通中一直以来似乎是一对不可调合的矛盾，但轻轨却可以做到二者的有机统一，因为轻轨为有轨交通，在专用铁道上行驶，这样就可以避免经常发生交通事故，所以行车的安全性比无轨电车或公共汽车要大得多，几乎可以消除行车伤亡事故的发生。
（4）灵活性高、成本小，这是相较地铁等其他城市有轨交通来说的，轻轨可以采用多种形式的站台上下乘客，而且可以采用混合路权的形式与其他有轨系统共享轨道，因此其投入的成本就非常小。
（5）整点运行，这可能是对乘客来说，最具诱惑的一条，因为采用电子控制及专用轨道，不仅安全，而且整点准时。
正因为轻轨具有以上诸多优点，使得它成为现代化大都市公共交通的重要选择，与地铁、公路等公共交通共同组成了城市中立体交通网络，改善了城市中人口与交通的紧张关系，提升了城市人群的生活品质。
