对城市化现象进行研究,分析城市扩张演化的规律并仿真建模具有指导土地利用规划和城市规划,保证城市土地资源的有效配置和集约利用的重要意义。诸多模型中,多主体模型(Multi Agent System,以下简称MAS)以充分体现“自下而上,由微观主体行为到宏观规律涌现”这一复杂系统演变进化的实质而见长。论文以近十年来在中国城市扩张的进程中占有相当比重的城市住宅用地的增长现象为研究对象,以微观经济学的效用理论和土地生态位理论为基础,通过总结城市居住空间演化过程中各微观主体的行为特征和相互作用,使用GIS技术和情景分析方法构建了城市居住空间演变的多主体情景规划模型,并以武汉市的洪山和武昌两区为实验区对模型的有效性进行了验证。围绕模型的建立和验证,本文做了以下工作。1模型的理论基础与实现机制研究(1)城市扩张的驱动力分析是所有城市建模研究的基础。城市中各种功能活动对生存空间(土地资源)的争夺与自然界中不同生物种群对领地的争夺极其相似,因此相关研究引入生物学中用以解释生物群落之间相互竞争的生态位理论来分析城市土地利用系统中土地利用结构的演变规律,认为不同土地利用类型之间的生态位势差是城市土地利用结构演变的动力,而且这种生态位势差决定于不同土地利用类型的边际效益的比较。本文在以上研究基础上进行扩展,充分考虑城市土地利用的空间特征和微观区位差异,进一步分析土地利用生态位势差的形成原因,针对本文的研究对象给出基于微观区位的城市住宅用地的生态位宽度扩展理论模型,作为建立城市居住空间演化多主体情景模型的理论基础。(2)本文认为,从土地利用的“主客体”关系来看,土地利用的生态位势差归根结底取决于土地利用主体对于土地利用效益的认知方式和程度。对于特定的土地利用客体,不同的土地利用主体会有不同的土地利用方式,城市的扩张也会呈现出不同的情景。由于城市系统的复杂性和人类社会及经济活动的不确定性,建立城市空间扩张模型的目的不在于要实现也不可能实现对于真实情景的100%地复制,而是要抽取城市空间扩张演化的关键因素和一般性规律,分析这些关键因素影响城市居住空间演化的规律。本文分析了三类直接或者间接土地利用主体--城市居民主体、房产开发商和城市政府(微观智能体)的行为对城市居住空间扩张过程的影响,从影响城市居住空间的扩张量和扩张形态两方面分别归纳出主要的情景因素,调整这些情景因素的参数值可以构建城市居住空间发展的不同宏观背景。(3)本文将城市居住空间的扩展过程视为住宅用地资源生态位主体和需求生态位主体两者相互作用的过程。资源生态位主体提供微观区域发展为住宅用地的各种资源条件,由于自然以及社会资源的空间分异特征,城市内部形成住宅用地资源生态位势场。住宅用地资源生态位势场是形成住宅区位差异的充要条件,也是城市居民主体进行理想居住区位选择的依据。使用微观经济学的理论给出城市居民主体、房产开发商和城市政府三类需求生态位主体的目标函数并纳入到模型中,实现对于现实生活中这三类微观主体行为特征的模拟。特别地,论文从消费者效用最大化的概念出发,以城市家庭为单位对其效用组成进行分析,以GIS为技术基础,结合城市自然及社会经济资源的空间分异特征,着重考虑了对于通勤时间成本的实现,对经典的阿朗索模型进行了修正,提出了城市居民主体理想居住区位选择行为的效用模型。(4)建立了模型的实验环境。模型中重点考虑了对于城市住宅用地资源生态位势场各生态位因子的计算记录,以及城市居民主体对于理想居住区位的选择行为子模块的的实现,与以往的研究文献不同,该模块添加了对于通勤时间成本的考虑,对城市居民的选择行为有了更进一步的模拟逼近。一个合理的多主体模型应该遵循“由下而上”的建模机制的,即要充分考虑微观与宏观之间的衔接,论文在模型的实现上,将各宏观情景变量设置为可调整模式,充分考虑情景的多样性,以控制模型的运行过程。2模型实证分析以及主要结论论文以武汉市的洪山和武昌两区为实验区对1998年到2008年实验区城市居住空间扩张状况进行了模拟,对模型的有效性进行了验证,并结合《武汉市2006—2020年城市总体规划》对2008年之后实验区的城市居住空间演变形态进行了基于规定情景的预测,并对各情景下模型的运行结果进行了评价。从模型的运行结果来看,主要有以下结论：(1)从对模型的各宏观参数的调整的运行结果来看,控制城市人口增长速度尤其是机械增长速度是控制城市居住空间扩张速度的关键因素；从对城市居民主体选择偏好的权重值调整的运行结果来看,价格与时间距离的权值调整对于运行结果的影响最大,表明房价与通勤的方便程度一直是城市居民主体在选择理想居住区位时最关注的问题。(2)虽然在现实生活中,城市居民主体看似为被动的购房者,但从运行结果来看,城市居住空间的发展形态实际上会受到城市居民的居住区位意愿的影响,这是住宅市场的供求基本规律和城市扩张自组织机制的体现。随着住宅市场机制的日臻完善成熟,房产开发商会越来越重视消费者的选择偏好和潜在的市场指向；而城市政府也愈加重视公众的选择意愿,注重城市居民福利的整体增长。3论文的主要创新点及研究不足论文的主要创新点和贡献有：(1)城市是以区域自然资源条件为依托的复杂社会经济系统,对城市扩张现象进行研究均不宜绕开其中自然环境或者社会经济环境的任何一方面的问题,本文以GIS技术为依托,以土地市场和住宅市场作为分析主体之间关系的纽带,模拟实现了微观经济学和经济地理学中微观经济主体的“区位选择行为”,在此基础上建立城市居住空间演化的多主体情景模型,初步探索了综合应用自然科学的相关技术和社会经济科学中的相关理论对城市扩张现象进行研究的途径,并取得了有效的成果。(2)本文选择城市居住空间这一特定功能空间的演变为研究对象,使用土地生态位理论结合土地利用的“主客体”关系分析了城市住宅用地的区位效应,研究对象更为微观和深入。(3)使用空间统计和空间分析技术对阿朗索模型进行修正,添加了对于现实情况中城市资源的空间分异特征以及通勤时间成本的考虑,建立了更加实用的城市居民主体选择居住区位的效用模型。(4)在把握主体的行为特征和相互作用关系的基础上,实现了对城市居民主体和住宅开发商两类微观经济行为主体的各自的区位选择行为的解算,更好地表现了城市居住空间系统演化的内在驱动力,建立了更为客观的多主体模型。(5)引入情景分析方法。归纳了影响城市居住空间扩张量和扩张形态的情景因素,模型中通过调整相关情景因素设置不同情景,并对不同情景下模型运行结果进行了分析评价。论文的不足在于自身对于经济学方面理论知识的欠缺,对于城市居住空间演变过程中诸多经济问题把握仍然不够；其次,城市住宅用地的演变与工业用地以及商业用地的演变是紧密联系的,受研究精力的限制,论文只是对住宅市场进行了研究,而没有涉及其他的物业市场。总之,论文尚留有巨大的后续研究空间,模型也处在尝试性研究阶段,总体框架及技术路线有待进一步的修正完善。