排队越长，交通越堵？没那么简单！

美国《道路通行能力手册》将排队长度定义为：从信号交叉口停车线到排队车辆末端之间的距离，用排队车辆表示。即便先前停在队列前面的车辆开始移动，也应该计入排队长度。关于什么是排队车辆，美国HCS手册规定，速度低于3 m/s或者停止或者跟随在已排队车辆后边的单辆车都视为排队车辆。德国VISSIM手册将排队队首的第一辆车的最大速度5 km/hr，排队队尾的最后一辆车的最低速度10 km/hr之间的车辆作为排队车辆。

即便上述规定，还是没有就交叉口车辆排队的各种情况进行进一步明确。那么我们接着看下面对排队长度的分类，从分类里或许我们能够得到一些更明确的有关排队长度的启示。

1、最大排队长度

在信号交叉口处，可以按照2种情况进行最大排队长度的观测。

1、如果绿灯期间的车辆驶离率大于车辆到达率，那么在绿灯开始后，我们会观测到，车辆在逐渐减少。那么该种情况下，可以将在红灯结束后，绿灯开始时刻的排队车辆数视为最大排队车辆数。

2、如果绿灯期间的车辆驶离率小于车辆的到达率，那么绿灯开始后，我们会观测到，车辆越积越多，这样会导致后续的各个周期，车辆排队长度越来越大。那么这种情况下，可以将每个信号周期结束时刻的排队车辆数视为各个周期的最大排队长度。

2、平均排队长度

某一时间段内，红灯期间各个车道车辆排队长度的平均值，能够反映整个交叉口的交通拥堵程度。

3、二次排队长度

二次排队长度是指在绿灯起始时刻到达交叉口的所有车辆中，在该绿灯期间无法离开交叉口的那部分车辆形成的排队长度。

4、排队消散长度

排队消散点距离停车线的长度。

5、实时排队长度

在给定的某一时刻车道内排队车辆的长度。

6、百分位排队长度

某观测时段内最大排队长度的百分位函数长度值。

交通流在道路交叉口形成交织冲突，由于信号控制的作用，各个方向的交通流会出现等待情况，由路段上的连续流演变成间断流，从而产生排队长度、延误时间等交通特征数据。

从因果关系来说，是交叉口的冲突使得采用交通信号控制措施，势必造成进口道车辆的排队，因而造成车辆延误和停车。

车辆在交叉口的排队行为是一个随时间和交通信号状态变化的动态过程，这个排队过程构成了一个非常复杂的随机过程。

（1）非饱和条件下的排队长度

下图说明了分析时段内，典型的不饱和周期时间内，排队长度的形成。该图说明整个红灯时间和绿灯时间内平稳到达的交通流形成的车辆排队，以及其后的整个排队消散过程。

图1 交通流平稳到达时的排队和消散情况

（2）过饱和条件下的排队长度

随着道路交通流量的增加，路网中的瓶颈路段会首先达到其通行能力。当流量超过路径通行能力时，瓶颈路段(或交叉口)的排队会不断增加。溢流情况是指由于下游交叉口发生过饱和现象而出现排队，并且排队车辆布满两个交叉口之间全部的道路空间，导致上游交叉口车辆不能在绿灯相位通过下游交叉口，在一个周期内可能出现排队溢出。

下图是交通拥堵产生时，等待通过交叉口的车辆排队变化情况。

如图2a，在交通比较拥堵时，在红灯时间内积累了一定的排队长度。

如图2b，当绿灯启亮时，队首以最大的启动速度越过停止线，并在绿灯期间，形成运动车队；

如图2c，当绿灯结束，红灯启亮，队首停止运动，上一周期绿灯期间未离去车辆造成二次排队，排队向后扩散，队尾不断有车辆到达进而并有排队长度增加积累。

图2a 红灯期间排队过程

图2b 绿灯期间交叉口排队过程

图2c 红灯期间交叉口车辆排队过程

从前面的排队形成过程分析中，我们其实发现，排队长度能够直观反映交叉口空间利用效率和交通流的拥堵扩散、蔓延程度。同时我们也看到，在单位时间内（如一个信号周期），并非排队越长，运行质量越差，还取决于交叉口进口或转向通行能力的大小。因此，利用排队长度，其实有助于更加准确地把握交叉口运行状态。

一般来说如果说一个交叉口主要道路上能在原有的相位的绿灯时间内，消散较多的车辆，那么可以说该交叉口的信号配时方案是比较符合车流的实际运行状态的。

因此排队长度作为信号配时的输入变量是合适的。这里笔者确实要明确的写明这一点。意味着当前信号交叉口排队长度的大小实际上决定了当前交叉口需要绿灯配时长短的配置。言外之意，当前信号交叉口排队长度长，则红灯期间到达车辆多，需要更多的绿灯时间疏散车辆；当前信号交叉口排队长度短，则相同红灯时段内到达车辆少，可以用更短的绿灯时间疏散车辆。一般来说，可以考虑将排队长度或者是相位排队长度作为控制参数进行绿信比优化，提出一种将排队长度约束作为控制目标的控制策略和算法，这是排队长度适用的地方。

排队长度作为评价当前信号交叉口信号配时效果评价指标并不适宜！排队长度长，未必证明当前配时方案不佳！

目前，道路信号交叉口排队长度的研究主要集中在最大排队长度和二次排队长度，通过研究排队长度，确定绿灯时长，生成新的信号配时方案。这里我们不得不提到一个排队长度的常用指标：第95%分位排队长度。

第95%分位排队长度：在有效样本车辆运行参数提取的整个过程中，不排除会有极少数的误判数据。观测时段中的样本只是总样本的一小部分，研究过程中采取第95%分位排队长度作为最大排队长度的度量，可以尽量避免异常数据的干扰。

通常使用第95或第99个百分位排队长度来确定信号交叉口车行道的长度，尤其是转向车道有拓宽情况下的展宽段和渐变段的设计长度。

1、人工观测方法

（1）调查工具

计时器（手表或秒表）、手动（机械或电子）计数器、对讲机、记录板、纸、笔。

（2）调查人员

一般每个调查的车道组需要两个人。

（3）调查步骤

首先，到交叉口现场选择一个比较合适采集数据的位置。

其次，观测人员带好调查用品直接到达观测的地点，准备调查。一名观测员站到停车点（一般以停车线为准），另一位观测员停在排队车辆的最后面。

①观测每个车道由于受信号影响而最后停驶的车辆，跟踪调查期间每个周期停驶的排队队尾。对于在绿灯时间内到达，但由于前面的排队车辆还没有移走而停驶的车辆也应该统计在内；对于到达的车辆当其与前面停驶车辆距离在一个车身长度范围内且有停车倾向时,也认为该车加入了排队队列。因为精确地跟踪要停驶的车辆有困难,所以才采用这种规定。这样，所有加入排队的车辆都被包括排队车辆的计数当中，直到它们通过停车线。

②每隔10-20s,记录排队车辆数(用电子表上可重复倒计时的计时器来标记计数时间)。计数时间间隔不能被周期长整除(例如，如果周期为120s，可用14或16s作为计数间隔，而不能用15s作为计数间隔)。排队车辆是指步骤1定义的队列中的停驶的且还没有离开交叉口的车辆。直行车辆当其后轴越过停