目前,城市轨道交通信号系统中多采用基于通信的列车运行控制(Communication Based Train Control,CBTC)系统。相对于传统的列车控制系统,基于CBTC系统的信号系统可以使城市轨道交通拥有更高的速度、更短的行车间隔、更大的运能。CBTC系统完成功能所需要的条件比较高,但在整个系统运营期间这些条件可能有时候达不到,比如说在线路过渡期间达到设计运行速度之前的列车运行时、没有配置标准的或者与线路信号系统兼容的车载信号设备的列车运行时、与轨旁设备通信故障时、与中央ATS的通信故障、车载设备故障等情况,在这些时候就需要CBTC后备模式启动工作。在CBTC后备模式下ATS车站分机作为ATS的主要子系统要发挥更多的作用,本文就是在这种背景下对CBTC后备模式下的ATS车站分机展开系统的研究与设计。首先,论文研究了ATS系统及车站ATS的系统功能及结构,分析了整个ATS及车站分机的工作原理以及功能需求。其次,重点研究了CBTC后备模式的必要性、ATS的控制模式以及ATS在后备模式下的工作机制。然后总结了后备模式工作的几种情况、车站自动控制模式以及车站人工控制下在后后备模式中不同的工作原理。随后对在后备模式下的两种主要功能本地列车的追踪和监视功能以及本地进路自动排列功能进行了主要分析。本地列车的追踪和监视功能中根据不同的后备等级分析了点式ATP模式和联锁模式不同的监视原理。本地自动进路排列功能中重点研究了进路排列的工作流程。然后,根据以上的功能分析展开了以模拟的兰州地铁1号线为基础的ATS车站分机软件设计。首先设计了软件的典型四种功能模块:终端显示模块、ATS操作模块、模拟列车运行模块、数据管理及通信模块。其中终端显示模块采用了窗口分割技术,划分不同功能区。采用ACCESS2003数据库对相关数据结构进行设计,包括各信号点的静态数据、动态数据和报警以及操作数据。然后对本地自动跟踪和监视、本地自动进路排列、通信接口的软件设计进行重点研究与设计。在本地列车的追踪与监视功能软件中分析设计了对与监视和追踪息息相关的车次窗和轨道的数据结构、车次号的定义方法、追踪时的步进方式。在本地自动进路排列中对进路排列方式、搜索进路时所需要的站场数据结构以及进路办理流程作了研究与设计。最后,用故障模式及影响分析法对软件中道岔控制功能、主后备模式切换两种功能的安全性进行了初步分析,得到了对应的失效模式以及最终失效影响。最后完成了对ATS车站分机由中央控制到车站本地控制的两种切换仿真。