功效系数法的基本原理范文

关键词：城市道路；交叉口；交通设计；计算机辅助设计

中图分类号：U491.114；TP391.72文献标志码：A

Computeraideddesignsystemforurbanroadintersections

WUZhizhou,YANGXiaoguang

(KeyLab.ofRoad&TrafficEng.ofMinistryofEdu.,TongjiUniv.,Shanghai200092,China)

Abstract：Toimproveroadcapacity,thecomputeraideddesignsystemforurbanroadintersectionsisdesignedanddevelopedwithsoftwareengineeringidea,whichisbasedontrafficdesigntheoriesandmethodsforChineseurbanroads.Itsdatastructuresaredesignedreasonably,whichcanprovideinterfacesforthegenerationoftrafficcontrolschemeanddevelopmentoftrafficsimulationandevaluationsoftware.AnexampleshowsthatthecoremodelsareconsistentwiththecharacteristicsofChineseurbanroadsandtheefficiencyofplaneroadintersectiondesigncanbeimprovedgreatly.

Keywords：urbanroad;intersection;trafficdesign;computeraideddesign

0引言

交通问题已成为制约城市发展的关键因素之一，如何针对我国混合交通流的实情给出合理的应对策略已成为迫切需要解决的问题.[1]交叉口是道路交通系统的重要组成部分，是道路网的节点和枢纽，在城市道路网中的重要地位不言而喻.虽然交叉口的存在增加了交通流组织的复杂度，但保证交叉口的通畅，仅从道路的“平纵横”和“路基路面”等土木工程方面进行设计远远不够，只有依据道路的实际交通需求特征，以通行能力最佳化、交通安全为目标，从道路的空间和交通管理与控制结合方面进行交通设计，才可确保其功能的充分发挥.[2]

交通设计的内容和程序相当复杂，需要量化的工作繁多.如何进行交叉口的优化设计？如何对交叉口设计进行科学评价？如何将设计和评价有机地结合？在国内还没有完备的手段和工具，特别是没有针对中国城市道路与交通特点开发的交通辅助设计工具.因此，如何结合道路平面交叉通设计工作的特点，开发一套较为完善的交通设计与配时优化设计辅助系统，并提高设计的效率和科学性有着广泛的需求和实用价值.

1系统总体设计

1.1设计原则

该系统是“城市道路平面交叉通设计评价系统”的后续研究，结合实际交叉口设计的工作，系统从渠化方案的生成、信号控制方案的生成、方案的评价及方案的输出几个方面展开进一步研究.总体设计按照如下原则[3]展开：

(1)功能完备性原则.该系统应该包括一般软件系统的数据管理、存储功能和交叉通设计的各种优化调整功能.

(2)标准化原则.主要是指系统设计应符合计算机辅助设计(ComputerAidedDesign,CAD)的基本要求和标准，同时系统所使用的专业术语、模型等也应符合国家规范或相关规程.当然，系统本身也具有推动交通设计工作标准化的功能.

(3)系统性原则.系统的各个功能模块应有机结合，便于系统未来的升级与发展.这一点在系统数据结构的设计上显得尤为重要.

(4)兼容性原则.数据应具有可交换性，即应该选择标准的数据格式，实现数据与其他相关软件的交换共享.

(5)实用性原则.系统设计中的数据组织应比较灵活，可以满足不同应用分析的需求，真正做到能够解决用户所关心的问题，为生产实践和科研教学服务.

(6)可扩充性原则.系统的总体设计应该采用模块化结构设计，模块的独立性强，模块的增加、减少或修改均对系统影响很小，便于对系统进行改进和扩充.

1.2系统总体构架

系统采用项目管理的方式，每一个交叉口采用一个数据库进行管理，主要内容包括：项目的基本参数、交叉口的交通需求参数(如流量、流向等)、交叉口的空间位置参数(如红线宽度、路段长度等)、时间设计参数(信号控制方案的参数)、方案评价参数(通行能力、排队长度、总体延误、服务水平等).系统后台集成成熟的交通设计理论和模型，通过函数库、规则库和优化算法库支持系统功能的实现，总体结构见图1.

结合交叉口设计的实际流程，系统逐步生成交叉口的设计方案，在实际应用过程中，用户可以根据具体需要调整相应的参数.系统也将结合评价的参数和规则库，辅助用户生成决策方案.其实现流程见图2.[4]

2系统功能模块设计

在总体设计原则指导下，在功能设计上系统遵循以下原则展开：

(1)功能结构的合理性.即系统功能模块的划分要以系统论的设计思想为指导，合理进行集成和区分，功能清楚、逻辑清晰、设计合理.

(2)功能结构的完备性.根据系统的应用目的要求，功能齐备，适合各应用目的.

(3)系统各功能的独立性.各功能模块应相互独立，各自具备一套完整的处理功能，且功能相互独立，冗余度最小.

(4)功能模块的可靠性.各模块的稳定性好，操作可靠，数据处理方法科学、实用.

(5)功能模块操作的简便性.各子功能模块应操作方便，简单明了，易于掌握.

遵照设计原则和总体框架，系统研发共包含6大模块：基础信息输入模块、渠化方案生成模块、配时方案生成模块、方案优化分析模块、方案评价分析及辅助决策模块和方案输出模块.

2.1基础信息输入模块

该模块输入的主要信息包括工程基本信息和交叉口的描述信息，流量信息(机动车、非机动车、行人等)，交叉口空间参数及准静态参数设置；基本配时参数(相位、相序、基本参数)，优化配时参数和优化目标参数，方案评价参数(车道宽度校正、坡度及重车校正、左转校正、右转弯半径校正、行人影响校正、自行车影响校正参数等).实现的基本功能主要包括数据编辑(删除、修改)，部分数据的可视化显示与交互式操作，数据的容错性分析及提示等.

2.2渠化方案生成模块

该模块在红线宽度的范围内，根据各进口道的流量与流向分布，生成初始的渠化方案，包括车道数、车道功能(组合)、车道渐变段的长度等.应用于该模块的基本理论及方法主要包括交叉口进出口道车道匹配理论、流量比均衡理论、饱和流量及通行能力计算方法等.该模块主要生成交叉口渠化设计初步方案，并作为配时优化设计的输入参数.

2.3配时方案生成模块

该模块设计中打破传统配时方案设计过程中的对称性设计原则，其主要存在以下3个问题：(1)信号阶段间不均衡性，即没有按照交通需求配置通行时间；(2)信号阶段内不均衡，即信号阶段内某些车流提前放完造成时空资源浪费；(3)信号阶段连接处时间损失，即相位相序单一，缺乏对交通对象特征的分析.基于不对称原则、信号阶段内均衡原则和灵活合理的相位相序原则进行组合相位的设计，系统开发时则采用相位相序模板实现上述技术原理.

2.4方案优化分析模块

该模块结合评价参数和用户优化目标，从系统自带的模型库中给出相应的优化建议，用户可通过半自动或手工方式完成对控制方案各参数的优化，其应用的主要核心技术有信号周期优化模型与算法、绿信比优化模型与算法、多目标优化函数建模等.

2.5方案评价分析及辅助决策模块

该模块主要实现以下基本功能：节点交通需求基本分析、进口道饱和流量分析、节点通行能力基本分析、节点服务水平基本分析、节点综合评价分析等.选用的评价指标有通行能力及饱和度、延误及服务水平、停车率、排队长度等.在对上述指标的评价过程中，根据实践经验的积累，提出合理的辅助决策建议供用户参考，通过调整相应的参数用户可以得到更加合理的设计方案.评价分析模块设计流程见图3.

2.6方案输出模块

该模块主要实现下述输出功能：节点交通需求基本分析、节点通行能力基本分析、节点服务水平基本分析、节点综合评价分析、节点优化方案相位相序图、优化方案各类参数表等.同时，为了满足用户统计报表的需要，系统还提供将基本参数及评价结果直接导入到Excel表格中的功能.

3系统数据结构设计

数据结构是整个系统设计的重点和难点，好的数据结构将使得后期的系统开发事半功倍，且易于系统维护和升级.

一个完整的城市道路平面交叉口的交通设计方案主要包括交叉口的道路条件(包括渠化及附属设施等)、交通条件(各车流和行人的组成结构、流量流向、到达规律等)、信号控制方案(相位相序、各信号相位的控制车流、控制参数等)等3个方面的对象数据及其相互间的关系.结合系统的数据流和操作流，总结国内外一些交通控制系统的先进经验，可以设计出系统的数据结构.

需要指出的是，由于采用面向对象的程序设计方法，因此基本采用面向对象方法的类/对象/实例(包括类的属性和方法)进行数据结构的表达，而不是一般数据库常用的ER图.

图4给出系统数据结构的最高层数据抽象，共包括3大部分，即路段类LinkList，交叉口类IntersectionList和交叉口群类GroupList.其中TJSIG为城市道路交叉口的基础父类，GroupList用于存储优化设计的交叉口群的基础索引数据(目前系统的开发只是针对单个交叉口，该数据项为将来的系统扩展留有数据接口)；IntersectionList主要用于存储交叉口总体层面的数据(如综合评价数据等)，为衔接交叉口群与进出口道道路的名称提供索引，并存储交叉口信号控制方案的数据，提供信号控制方案与所控制的对象车流(或客流)之间的对应索引；LinkList主要用于存储交叉口的进出口道名(索引ID)、各向车道数、车道功能、车道基本参数(含几何参数和交通条件修正参数等)、流量流向条件等数据，并提供各进口车道、各车道分担流量、各流量组的信号控制相位3者之间的相互关系索引.

4系统模型应用与评价分析

4.1规划模型建立过程与实例化

为了验证系统模型的科学性和有效性，结合广中路―中山北一路交叉口的实际情况，运用上述模型进行信号方案设计.

具体思路如下：通过对交叉口现场调研发现，由于交通信号控制方案的不合理造成车辆排队过长，导致高架道路下匝道车流无法及时疏散，是本次交通问题症结之所在.因此，在这种情况下，燃油消耗与机动车尾气排放量不是主要考虑因素.为了简化问题，本次设计将这两个因素在目标函数中的权重值取0(选取交叉口车均延误最小为优化目标)，这样处理更能反映问题的本质.其他约束条件如下：

(1)安全性约束条件.通过分析可知南北向行人过街最短绿灯为20s，东西向行人过街最短绿灯为17s.

(2)服务水平约束条件.改善后整个交叉口的服务水平应不低于D级.

(3)可靠性约束条件.控制各股车流的饱和度不超过0.9.

(4)不出现超长排队.经实测，内环线高架道路下匝道长度为250m，下匝道距离广中路―中山北一路交叉口约200m.因此，如果要控制车辆排队不影响高架道路主线运行，排队长度应不超过450m.以高架道路出口匝道的直行车流量为准计算得C

4.2核心原则体现及对混合交通流的考虑

系统信号配时的两个原则即信号阶段间均衡原则和信号阶段内均衡原则，主要体现在相位相序的安排和设计上，经过系统模型计算推荐得出的方案见表1.

图5系统操作主界面通过分析可知：经过该系统生成的设计方案取得的效果很好，达到预期目标.同时，也充分验证本系统内核模型的实用性.

5结束语

在很多城市的道路网络中，平面交叉口成为路网容量和通行能力的瓶颈.日常的交通拥挤，大部分是由于平面交叉口的通行能力不足造成的.如何提高平面交叉路口的通行能力是国内外普遍关心的话题.本系统开发的目的在于探索适应我国城市道路交通实际的单个交叉口优化设计理论与模型，以充分挖掘城市道路交叉口时空资源和提高服务水平为基本目标，以灵活、稳定、安全和节约资源为宗旨，以交通设计技术、交通流理论及交通控制与管理理论为基础展开研究，提出交叉口优化设计与信号优化配时理论、模型及应用技术，并最终采用计算机辅助系统的形式加以集成应用，为城市建设和管理部门提供技术支持，达到提高我国城市交通运行效益的目标.

系统从现有平面交叉口和规划平面交叉口两方面进行分析，主要针对十字交叉口和T型交叉口，研究成果使交叉口的优化设计与分析进一步科学化、系统化、效率化，并对规划和设计工作起指导和反馈作用，对于平面交叉口规划与设计方案的优选及完善也有重要意义.系统界面友好，功能完备，提高了交通设计的效率和科学性.通过系统测试和具体应用，验证其科学性和实用性.在后续开发中，系统将基于GIS平台进一步展开研发.

参考文献：

[1]杨晓光.城市道路交通设计指南[K].北京:人民交通出版社,2003.

[2]同济大学,上海市交巡警总队.城市道路平面交叉口规划与设计规程[S].1999.

[3]杨晓光,王乐志,刘h.信号控制交叉通设计计算机辅助系统及其实现[J].交通与计算机,2003,21(5)：3-6.

功效系数法的基本原理范文篇2

一．宪法原则性质与功能

宪法原则是宪法价值的统一体和基础，是构成社会政治共同体的基本要素。宪法原则的性质表现在：一是价值性，即宪法原则体现了宪法国家应追求的基本目标与价值体系，指明宪法生活的基本方式；二是原理性，即宪法原则实际上是宪法存在与发展的基本原理，是由各种原理组成的集合体[1]；三是指导性，即宪法原则对整个宪法制度的运作过程起到指导功能，构成宪法制度统一的基础；四是多样性，即宪法生活的多样性在客观上决定了宪法原则存在方式与功能的多样性。

宪法原则的基本功能是指导宪法规范与宪法制度运行的过程和程序，使宪法发展具有统一的基础和依据。具体而言宪法原则的基本功能表现在：提供现代国家构成原理的基础，使国家权力的运行具有统一的基础；提供宪法国际化的事实和价值基础，使宪法在统一的理念下获得更多的社会支持；提供解决宪法规范与社会现实冲突的指导原则与理论依据，是解决社会各种利益纠纷的准则；提供进行宪法解释与宪法判断的标准与认识论的工具；提供宪法价值社会化的基础与形式，使社会成员在实际生活中不断感受宪法带来的利益等。宪法原则并不是具体而明确的规则，其内涵由各种抽象的原理组成，有时存在不确定性因素。

二．宪法原则形式与分类

宪法原则作为对宪法制度运行过程进行指导的原理，其表现形式是多元化的。在各国宪法学理论中宪法原则有不同的表述。宪法原则在宪法中的体现主要有两种形式：

第一种形式是宪法典中没有明文。如在美国，有的学者谈论宪法原则时认为，美国的基本原则是权力分立和权力分配，并从这一原则中派生出美国的另一项原则，即限权原则。[2]这三项原则实际上确立了美国宪法的价值基础和基本原理。在日本，国民、和平主义与基本人权保障是宪法所体现的基本原则，有的学者甚至把它描述为宪法的灵魂。在这些国家宪法原则主要通过宪法解释或具体的宪法判断过程得到说明和解释。[3]

第二种形式是在宪法典中具体规定宪法原则。有的国家规定在宪法正文，有的国家规定在宪法序言。采用这种形式的优点是宪法原则的表述比较明确和统一，便于人们在实际生活中理解和解释。但可能存在的局限性是宪法原则内涵的表述与宪法典规则之间会发生不吻合的现象，对具体的宪法解释设定不必要的范围。目前，在宪法典中规定宪法原则的国家，在具体规定形式也不尽相同。有的国家是在宪法序言中规定宪法原则（或宪法原理），代表性的国家是韩国。韩国宪法在序言中以直接或间接形式规定了国际和平主义、民主主义、法治国家、社会国家与文化国家等原理。有的国家是在宪法典第一章中具体规定宪法基本原则。保加利亚宪法（1991年）第一章以24条的篇幅规定了宪法的基本原则，其内容包括：（1）规定国民原则，即国家的全部权力来自于人民，国家权力分为立法权、执行权与司法权；（2）明确规定实行地方自治原则；（3）宪法作为国家最高法地位的确认，规定宪法是最高法，其他法均不得与之相抵触，宪法的所有条款均直接有效等；（4）宣布保加利亚共和国是法制国家等。葡萄牙宪法（1982年）在宪法序言之后第一编基本权利与义务之前专门规定了宪法的基本原则，共有11个条款。其基本原则的内容包括：（1）规定葡萄牙共和国为民主的法制国家；（2）规定国民原则，即统一而不可分的属于人民，人民依照宪法规定行使，国家服从宪法，并且以民主化法制为基础；（3）国家实行单一制，并尊重地方政府的自治原则与公共行政的民主分权；（4）规定国际关系的基本原则；（5）规定了国家的基本任务；（6）规定普选和政党的基本原则等。从规定基本原则的结构安排看，宪法原则在宪法序言和具体制度之间起到价值上的承前启后的作用，以保障宪法在运行过程中保持价值上的统一性。

三．宪法原则具体内容的分析

宪法原则具体内容有不同的表述，但就其基本价值而言存在着一定的共性。从各国宪法结构和发展过程看，宪法原则主要由民主原则与法治原则组成。

（一）民主原则

宪法原则的基本内容与价值趋向首先是民主价值，以民主作为宪法存在和发展的基础。不同国家的宪法以不同的形式确认了民主的意义与功能。毫无疑问，民主原理是宪法原理中的核心的概念，在宪法秩序的形成和发展中发挥越来越重要的作用。民主的概念经过历史的变迁已成为多样化的概念，其内涵发生了相应的变化，既要尊重多数人的意志，又要保障少数人利益是现代民主的基本价值体系，其中少数人利益的保护又是民主原理的更为核心的概念。

在宪法制度的发展史上，从宪法理念角度对民主的概念进行分析始于1952年德国的判决。在政党解散的判决中对“自由民主的基本秩序”做出了解释，认为自由民主的基本秩序是排除各种暴力或肆意性支配，是尊崇多数人意志，以国民自决、自由与平等为基础的法治国家的统治秩序。这一秩序包括具体化的人权、生命权的尊重、国民、权力分立、政府的责任、行政的合法律性、司法权的独立、多党制与政党机会的平等。从这个定义中可以看出，宪法的基本内容与民主主义有着密切的关系，如离开民主主义价值，宪法体制是不能存在和发展的。

在宪法体系中民主原则发挥重要的功能。首先，在宪法体系中民主主义提供国家权力正当性的基础，即创设国家权力，使国家权力的运作具有正当性、合法性基础。宪法所体现的民意并不是凭空产生的，形成与检验民意的基本途径是民主程序。特别是普遍实行代议制政体的背景下，民主原则直接构成宪法体系运作的指导性原理和基础。其次，民主原则为宪法体系中政治过程的合理化提供规则与途径。政治过程的合理化是各种利益平衡基础上实现的，以公开、平等为基本规则的民主原则保持了政治的理性与正当性，并赋予宪法广泛的合理性基础。再次，民主原则在宪法体系中起到限制国家权力的功能。民主原则在宪法体系中表现为一种限制国家权力的功能，使社会各个阶层能够在宪法规定的范围内参与政治过程，发挥相互制约的功能。第四，民主原则在宪法体系中获得自我矫正的机会与途径，使民主的价值得到健康的发展。民主在宪法体系中既有积极的功能，同时也存在消极的功能。按照传统民主主义理论，多数人统治是正当的，多数人意志一般情况下是理性的。但宪法体系中的民主并不以是否代表多数人意志为判断理性的唯一依据，维护少数人意志的理性是现代民主发展的重要内涵。如发生多数人意志出现非理性时，宪法体系能够有效地消除多数民主所带来的弊端。

在宪法体系中多数决获得正当性的根据主要在：一是多数的数的优位或事实势力的优位成为多数决正当性或效力的根据；二是在一般情况下，多数人作出合理决定的可能性比较大；三是从经济民主主义观点看，利益的极大化成为正当性的基础；四是从自由的观点看，自由价值有可能提供正当性基础；五是从现实生活看，多数决能够极大限度地保障政治的平等与和平。从这种意义上讲，民主一方面为宪法的发展提供事实和价值层面的支持，而另一方面在宪法体系中获得矫正其弊端的制度保障。

各国宪法在其制度的设计和运作过程中，以民主价值的维护作为基础和出发点，通过不同的形式规定了民主的意义。作为政治原理的民主主义在宪法体系中的具体运用表现在不同的领域，主要有：宪法普遍规定国民原则，确立国家权力的来源与基础；社会成员直接参与政治过程的途径与机制，规定直接与间接参与形式；国家统治正当化的基础与少数人利益的宪法保障机制；以宪法的形式规定多数决原则与具体运用规则；宪法与政党制度的相互关系；选举制度的原则与运用等。可以说，宪法制度的所有内容与民主价值有关，民主问题的研究自然成为研究宪法制度的出发点。

（二）法治原则

法治原则是人类在长期的历史发展过程中总结和概括的治国原理，是一种法的统治形式，已构成现代文明社会结构中不可缺少的部分。

现代社会法治理论是内涵十分丰富的知识体系，既要反映人类追求的法治理论，同时也要反映人权保障的实践要求。1959年印度新德里召开的国际法学家会议通过的有关法治的报告是国际社会普遍公认的法治理想的综合性的反映，会议通过的《德里宣言》确认了如下法治原则：（1）根据法治精神，立法机关的职能在于创造和维持使个人尊严得到尊重和维护的各种条件。不但要承认公民的民事权利和政治权利，而且还需要建立为充分发展个性所必需的社会、经济、教育和文化条件。（2）法治原则不仅要防范行政权的滥用，而且还需要有一个有效的政府来维持法律秩序，借以保障人们具有充分的社会和经济生活的条件。（3）法治要求正当的刑事程序。（4）司法独立和律师自由。一个独立的司法机关是实现法治的先决条件。《德里宣言》提出的法治“集中表现了全面正义的法治要求”[4]可见，现代社会的法治精神是限制国家权力的滥用，保障公民权利与自由。其中，保障人权又是现代法治本质的内涵。成熟的法治是人权价值普遍受到尊重的理想状态。人权和自由是“法治理想最高最广的发展阶段，它们超出了纯法律的范畴，进入了政治、经济和哲学的领域”[5]法治作为普遍尊重人权的一种制度，反映社会变迁的要求，具有浓厚的文化基础。

法治是历史的概念，时代的变迁不断赋予法治以新的内涵。但无论社会的发展发生什么样的变化，法治所体现的限制国家权力、保障人权的基本价值是不变的。法治原理实际上构成现代国家的原理，成为现代文明社会的标志，并在实践中逐步形成法治国家的概念。法治国家概念本质上是与宪法秩序有着密切关系的政治概念，经过了不同的历史发展阶段。以自由、平等与正义的实现为基本内容的法治国家理念可追溯到古罗马时代。到了18世纪，法治国家作为与自由主义宪法国家相同的概念，形成了自身的理论体系，其内容包括：国家的活动必须依照法律进行；为了保护基本权利需要从宪法规范角度建立独立的法院体系；国家的活动应限于人的自由保护领域等。19世纪以后，法治国家进入到市民的法治国家阶段，即以市民社会为基础建立法治国家基础，如成文宪法的制定、权力的分立、基本权的保障、国家赔偿制度的建立、行政的合法性、宪法裁判制度的功能等都是市民社会中法治起到的功能。但是，随着社会矛盾的出现与冲突的加剧，法治国家从形式主义法治国家向实质主义法治国家转变，出现了实质的法治国家形态（materiellerrechtsstaat）.实质法治国家重视国家的形式与实质，同时保障合法性与正当性，力求协调法和法律价值。其理论基础是尊重人的价值与尊严，建立社会共同体和平生活的环境，实现公民的权利与自由。第二次世界大战后，随着理念的变化，法治概念发生了重大变化，强调了法治国家的实质内容，成为区分于一般法律国家概念的价值体系，重视法律内容和目的，建立了以正义、平等与自由价值为基础的法治概念。

法治国家原理在宪法体系中得到不断发展和完善，形成了体现理念的宪法秩序。宪法体系上的法治国家规定了法治秩序的原则和具体程序，形成政治统一体价值，保障国家权力运作的有序化。在宪法体系中法治国家的原理具体通过法治主义的实质要素与法治主义的形式要素得到体现。[6]

法治主义实质要素包括：1。人的尊严与价值的保障。根据的一般原理，人的尊严的维护是宪法存在的最高价值，而且也是优越于其他宪法规范的价值体系。保障人的尊严是一切国家权力活动的基础和出发点，构成人权的核心内容。各国宪法无论是否在宪法典上规定人的尊严问题，其基本精神是相同的，它是建立宪法体系的价值和制度基础。2。自由价值。法治国家的自由价值通过宪法规定的精神自由、人身自由、经济自由等自由价值得到具体化。从本质上讲，自由是宪法体系存在和发展的基础，自由价值的维护既是法治国家的实质要素，同时也是宪法体系的核心价值。3。平等价值。在宪法体系中平等是人的基本要求和存在方式，体现了法治国家的基本目标。实际上，宪法体系是在平衡自由与平等价值的过程中得到发展和完善的，一定程度和范围内自由的牺牲可以保障平等价值。作为在宪法体系中生活的人们，应该在社会生活的各个领域享有平等权，这种平等既包括形式意义的平等，也包括实质意义上的平等。平等权作为权利和法治社会的基本原则，对所有的国家权力产生约束力。总之，人的尊严、自由与平等价值的维护是法治主义实质内容的基本要素，同时构成宪法体系的价值基础。

法治主义形式（制度性）要素包括：1。法的最高性价值。德国学者克纳德认为，从一般意义上讲，宪法通过法治国家秩序，赋予国家及其功能以统一的标准与形式。法治国家各种要素中的最基本要素之一是法的最高性（primatdesrechts）。[7]他在解释法的最高性时提出，法的最高性并不意味着以法律规定所有的社会领域，即使在法治国家中也存在不必通过法律调整的领域，但一旦对某些领域以法律作出规定后，应保持其优位的地位，使法律具有正当性与稳定性。在宪法体系中，法的最高性一般分为宪法优位与法律优位两种形式。宪法优位要求一切国家行为不得与宪法相抵触，国家的立法行为、行政行为与司法行为都受宪法的约束，不得侵犯宪法规则。即使以宪法限制公民的基本权利时也不得限制基本权利的本质内容。法律优位是指以立法的形式进行的国家行为应优先于其他国家行为，在法律规定的范围内，一切国家权力受法律的约束。按照克纳德的解释，法律是以民意为基础的，是依民主的、政治意志形成方法制定的，法律优位实际上是实施法律的合理化与自由保障作为前提的。2。人权保障价值。法治国家出发点和目标是个人权利与自由的保障，整个宪法体系也要遵循人权保障的基本价值。在宪法体系中人权价值是作为法治的核心价值而得到体现的，并不独立构成宪法原则。如果把人权原则和法治原则作为相互独立原则加以界定，有可能在论述与逻辑上遇到相互重复或不一致的现象。人权的宪法保障既包括宪法体系内的基本权利，同时也包括宪法上没有列举的权利与自由的保障。在现代宪法体系中的人权一般具有两重性，即作为主观公权的基本权利和作为客观宪法秩序的基本权利，每一种权利通常具有主观性与客观秩序的性质。形式或制度意义上的人权保障是法治实质要素的人的尊严、自由与平等价值的制度化，是宪法本体价值的载体。3。权力分立价值。为了保障宪法规定的基本权利与自由，法治国家要求对国家权力进行限制和合理的分工，使不同国家权力之间建立相互均衡和制约机制。现代宪法体系中的权力分立的功能并不仅仅消极地限制国家权力，而是积极、主动地对国家权力职能进行分工，明确其职责范围和程序。作为宪法原则意义上的权力分立的重要意义首先在于国家权力组织的合理化，制约与监督并不是权力分立的唯一内容与目标。此外，法治主义的形式要素还包括行政的合法性、基本权利的司法保护等不同领域。

四．民主原则与法治原则关系

民主与法治原则反映了现代宪法基本的价值体系和目标，构成现代宪法基本精神。在理解民主原则与法治原则时，我们需要从历史、规则与实践三个方面分析两者的一致性、冲突与解决冲突的途径。

首先，民主与法治原则在基本的价值目标与价值形态上是相一致的。民主原则排除了统治权被少数人或集团垄断的可能性，以国民与社会成员权利与自由的保障为目标，建立了国家统治原理。法治原则是实现自由、平等与正义为目标的国家功能形态，是依法实行统治的原理。两者功能是相互联系的，具有共同的价值基础。民主原则体现的国民、自由、平等等基本价值只能在法治国家体系内才能获得实效性。同时，属于实质法治国家要素的自由、平等、正义价值的实现需要保障平等参与的自由的政治秩序。如没有民主的程序和环境，法治目标的实现缺乏基础和必要的程序。

其次，民主与法治原则之间存在冲突与矛盾。民主与法治原则之间存在的价值一致性并不意味着两者不存在冲突，实际上两者是在价值的紧张关系中存在和发展的。在以多数决为基础的民主理论看来，多数人的意志具有合法性与正当性效力，对其重新进行正当性评价的法治主义是没有必要的。当我们把民主理解为多数决原则时，法治国家原理则要求对其合理性与理性进行判断，消除民主理念中不符合现代法治理念的非理性部分，使民主与法治之间建立原理与功能上的联系。实际上，民主的自我修正是法治的基本要求，而法治又是在民主的自我修正中得到发展的。民主与法治的冲突源于两者具有的各自的缺陷，只有在两者的相互结合中才能弥补各自的缺陷，建立共同的价值体系.

再次，在宪法体系框架内寻求解决民主与法治冲突的途径。现代社会的发展是在民主价值与法治价值的统一中得到实现的，需要通过一定形式消除影响其统一形态的各种因素，克服两者的缺陷。违宪审查制度是现代社会解决两者冲突的基本形式，各国普遍通过不同形式的违宪审查制度解决民主与法治的冲突与矛盾。违宪审查机关审查范围通常包括法律法规的违宪审查、机关之间权限争议、政党解散的审判、宪法诉愿等。对依照多数人意志制定的法律合宪性进行审查表明了法治原则对民主缺陷的克服，实际上反映了保护少数人利益的现代民主主义价值。及时地消除民主与法治的矛盾，有助于维护宪法体系，实现自由与平等的价值。[1]宪法原则与宪法原理是既有联系，又有区别的概念。宪法原则实际上是对人们在社会生活中共同认可的基本价值的高度概括，使之成为发展的基本规则。德国宪法学家卡兹认为，宪法原理是构成宪法秩序的基础与支柱，是“概括化的宪法”。在宪法典上明确规定宪法原则的国家，宪法原则不仅表现为一种原理，它同时表现为具有法律效力的规则。两者的主要区别是，宪法原则体现了宪法原理，但并不是所有的宪法原理都表现为宪法原则。生活中存在的宪法原理通常通过宪法修改、宪法解释等宪法变迁形式获得宪法原则的地位，有的表现为具体规则。一般公认的宪法原理有：人民思想、人权保障、权力分立、文化国家原理、和平主义原理、福利国家原理、社会或自由市场经济原理等。在有些国家军队保持政治中立也作为宪法原理。

[2][美]杰罗姆。巴伦等：《美国宪法概论》，中国社会科学出版社1995年版，第4页。

[3]我国宪法典也没有具体规定宪法原则，具体有哪些原则，具体原则的涵义等事项只能通过宪法解释逐步加以明确。宪法原则的统一解释与认识，对于宪法实施产生重要影响。在宪法没有明确宪法原则的情况下，部门法，特别是行政法规不宜规定宪法原则。如1998年颁布的《社会团体登记管理条例》第四条中规定，社会团体必须遵守宪法、法律、法规和国家政策，不得反对宪法确定的基本原则-------“，其他法律或法规中也有类似的规定。这种规定在具体实施过程中可能会遇到如何解释宪法基本原则的问题。在宪法典或宪法解释没有对宪法原则或基本原则作出规定或说明的情况下，这种抽象性规定容易造成基本权利的侵害。

[4]张文显：《二十世纪西方法律哲学思潮研究》，法律出版社1996年版，第623页。

[5]陈弘毅：《法治、启蒙与现代法的精神》，中国政法大学出版社，年版，第66页。

功效系数法的基本原理范文

如今我国大力发展农业，但是农村电网往往限制了农业的发展速度，根据农网自身的一个重要特点，具有一定的时段性和季节性，导致无功负荷波动很大[1]。在电力系统中，电压是其衡量电能质量的重要指标之一[2]，而电网中的电压受无功功率影响较大，无功功率不足或过大都会引起系统电压的下降或上升，所以电压调整问题最终归结为无功补偿与分布问题。对于农网的10kV线路进行无功补偿，已经被证明能够有效的提高线路功率因数和线路电压合格率，并降低配电系统的线路损耗。

变电站无功补偿的实质是，在保证系统电压合格，功率因数和线路损耗最优的前提下，尽量减少有载调压变压器分接头调节次数和并联补偿电容器的投切次数[3]。目前常用的就地控制补偿方式[4]，决策的依据是就地的测量数据，这样只能准确计算出安装点之后负荷的无功需求，很难形成以安装点为中心的补偿效果，安装地点、安装容量不好确定，并且安装容量不能得到充分利用。本文以10kV线路出口的实时数据和补偿设备安装点的实时数据为决策测量依据，充分考虑线路补偿设备的安装位置和容量，采用离散控制优化算法，实时给出优化补偿决策，并通过无线通讯网络下发到每一个补偿设备执行决策。该系统取消了电流互感器，实现了优化补偿和实时监控，提高了补偿效果和设备利用率。

1无功优化补偿系统的构成

农网10kV集散式线路无功优化补偿系统由优化控制主站、GPRS通讯网络、线路决策模块和补偿装置四部分组成。优化控制主站配置有相应的软、硬件，数据来源于线路决策模块和调度自动化系统（SCADA），可随时查询线路补偿装置的运行状态，并负责整个通讯网络的管理和维护工作，如果用户采用变电站到调度的光纤通道，优化控制主站负责管理每个变电站和主站的通讯接口。线路决策模块负责采集线路的实时运行状态（电压、电流、功率因数、有功、无功等），当主站是从SCADA获得线路的实时数据时，主站启动线路无功补偿优化决策，并通过GPRS通讯网络将决策结果及时发送给相应的无功补偿装置执行；当主站是从变电站获得线路的实时数据时，主站也是从安装在变电站线路出线柜的优化决策模块获得决策结果，并立即将结果发送到相应的线路无功补偿装置执行。常见的线路补偿成套装置有：电力电容器、电源电压互感器、自动控制器、氧化锌避雷器、跌落式熔断器、电流互感器（内部保护用）、支柱绝缘子、箱体、支架、连接母线、接地母线和必要的安装附件等。每只电容器间有足够的自然通风条件。电容器间距大于10cm，排间间距大于15cm。即使在最恶劣的运行环境下，冷却空气温度不超过45℃，其他元器件需根据相应的环境条件和系统条件，按技术要求选型。

2无功优化决策原理

2.1原对偶内点法基本原理

原对偶内点法实际上是对常规内点法的一种改进。其基本思路是：引入松弛变量将函数不等式约束化为等式约束及变量不等式约束；用拉格朗日乘子法处理等式约束条件，用内点障碍函数法及制约步长法处理变量不等式约束条件；导出引入障碍函数后的库恩-图克最优性条件，并用牛顿-拉夫逊法进行求解；取足够大的初始障碍因子以保证解的可行性，而后逐渐减小障碍因子以保证解的最优性[5]。

首先，考虑如下的非线性规划问题：

其中L、U、Z及W分别为以向量l、u、z及w各元素为对角元构成的对角矩阵；e为r维全一向量，即；式（3-8）、（3-9）、（3-10）为原始可行条件，式（3-7）为对偶可行条件，式（3-11）及式（3-12）为互补松弛条件。由此可见，原对偶内点法在寻优过程中既考虑了问题的原始可行性，同时又考虑了相应对偶问题的可行性[9]。

式（3-7）至式（3-12）用牛顿-拉夫逊法迭代求解，可得修正方程如下：

预测校正原对偶内点法的基本思路是：在原对偶内点法的基础上引入预测及校正环节以充分利用互补松弛条件的二次性，并利用预测过程的结果动态确定向心参数的取值以较好地协调解的最优性及可行性之间的关系，改善算法的收敛性能[11]。

2.2电压无功优化模型

电力系统的电压无功优化控制是通过调节发电机机端电压、无功补偿设备出力及可调变压器变比，在满足各状态变量和控制变量的约束条件下，使整个系统的有功损耗最小，同时提高电压水平，以此建立如下数学模型。

连续无功优化的非线性规划模型为：

其中，SB为所有节点的集合；SG为有功电源集；SR为无功电源集；SL为支路集（包括输电线路及变压器支路）；ST为有载调压变压器集，K为变比；SC为可投切并联电容器/电抗器集，B为等值并联电纳。

由上述模型，按2.1所述原对偶内点算法原理可以求解电压无功优化问题。首先引入松弛变量将函数不等式约束化为等式约束及变量不等式约束，再用拉格朗日乘子法处理等式约束条件，用内点障碍函数法处理变量不等式约束条件，导出引入障碍函数后的库恩-图克最优性条件，并用牛顿-拉夫逊法进行求解，依次迭代，逐渐减小障碍因子，并用预测校正原对偶内点法，直到对偶间隙等于零或足够小时，停止迭代，此时得到的解即为满足约束条件的最优解。

2.3优化搜索算法

电压无功优化问题是一个混合整数规划问题，其中离散变量和连续变量共存，可投切并联电容器组的无功出力和有载调压变压器的分接头位置是非连续变化的，它们的取值只能为整数。一般的原对偶内点法，对离散变量的处理仍不尽人意，目前的算法大多为先将离散变量作为连续化变量参与优化，求得优化解后进行归整，归整时根据这些量的值，归整到最接近离散点上，即锁定后再进行一次优化计算，这样得到的解只能是一个近似次优解，甚至可能会导致某些约束越限而无法获得可行解。因此，本文探讨了一种简化的分枝定界法来优化搜索算法[13]。

简化分枝定界法，是对分枝定界法的一种简化。与分枝定界法的主要不同之处在于其沿某一条分枝求解至最末端，得一最优解，而不再沿分枝回溯。其具体求解步骤为：

1）松弛原问题，并用内点法求解。若无解，则原问题无解；否则，继续。

2）分枝，得两个子问题。用内点法求解该两个子问题，选取目标函数值较小的子问题继续分枝，并把该子问题的目标函数值作为目标函数的下界。并且将该变量固定（取整），记录有关信息。

3）所有需取整的变量已经取整，则停止计算，记录得到的解；否则，转第二步。

该过程可以用图2.1所示的“树”形图表示。

用简化分枝定界法求解，不一定得到最优解，且解的优劣与变量分枝的顺序有关。一个较好的分枝顺序，可以得到一个较好的解。结合电力系统中的实际运行经验，对整数变量采用如下排序方法：

1）变压器分接头：在电力系统的实际运行过程中，电压等级高的变压器分接头位置确定后，电压等级低的变压器分接头位置的调节对其几乎没有影响。故在确定分枝变量的顺序时，将变压器按电压等级进行排序。在同一电压等级上的变压器则按所得实际连续值与离散值的靠近度进行排序，偏离大的排在前面。这是因为越偏离离散点，其归整后，变化量越大，引起最优解位置变化的可能性也越大，故先对其进行调节。

2）并联电容器组：对并联电容器，则不考虑电压等级的影响，直接按连续值与离散值的靠近度进行排序。

该方法尽管在理论上不能保证获得最优解，但因为考虑了电力系统和分枝定界法的实际经验，所获得的解是令人满意的。

3系统运行效果

2009年乐陵供电公司采用了10kV线路无功优化补偿系统，分别在丁坞变电站、黄夹变电站、朱集变电站的8条线路实施，下图为系统优化控制主站界面图和站端决策单元日均功率因数统计查询结果。

图3.1系统优化控制主站界面图

图3.2站端决策单元日均功率因数统计查询结果

10kV线路无功优化补偿装置融合了变电站无功补偿装置和线路无功补偿装置的优点，既达到了很好的补偿效果，又满足了无功就地补偿的原则，能够有效降低配网线损，降低系统三相不平衡度，该线路无功优化补偿系统投运后，安装线路的功率因数都维持在0.97～0.99，补偿设备的安装容量得到了较充分的利用，整条线路的电压合格率尤其是线路末端的电压合格率大大提高，同时也将整个变电站的功率因数维持在较高的水平。整个系统安装简单，设备稳定可靠安全。实时监控功能可以使得运行人员随时知道设备的运行情况，避免了现场巡检，即节省人力又高效。

4结论