城市作为人类生产和生活的载体,具有开放性、动态性、自组织性等特点。城市模型是研究城市空间结构演变的有效工具。由于城市模型往往需要大量的数据和科学计算,因此直到1954年,第一台计算机产生后,城市模型的研究,尤其是模型应用才得到迅速发展,Wilson认为真正实质性的模型应用于城市系统则是在20世纪60年代以后,城市模型经历了以中心地为代表的城市形态和结构模型、以空间相互作用模型为代表的静态城市模型、以系统动力学为代表的宏观动态城市模型和以元胞自动机为代表的微观动态城市模型。SLEUTH模型是元胞自动机城市模型的改进产品,是根据城市的交通、地形条件等设定适当的参数,建立了与GIS松散集成的模型,它是坡度(Slope),土地利用(Landuse),排除层(Excluded),城市范围(Urban),交通(Transportation)和背景层(Hillshade)6个数据层(模型参数)首字母的缩写。基于以上考虑,本文采用基于元胞自动机原理的SLEUTH模型对焦作市城市空间结构演化进行模拟。首先,阐述了本文的选题目的和意义,对主要概念进行了界定,简单介绍了国内外空间结构的基本理论,然后分析了影响城市空间结构的内部、外部因素,对常见的空间结构模式进行了梳理。其次,对焦作城市空间结构的历史演化进行了介绍,然后用SELTUH模型对焦作城市空间结构演化过程进行了模拟。在模拟过程中,通过焦作市的不同历史时期遥感影像图进行模型参数校核,获取模型对于焦作市模拟的最佳模型参数系列,实现SELTUH模型的地方化,进而对焦作市城市空间结构演化作历史模拟和未来预测。分析模拟了焦作市1988-2008年间的城市空间结构演化历史过程,并将模拟结果与遥感影像进行对比分析,验证SLEUTH模拟的准确性,并利用最佳模型参数预测了2009-2020年间焦作城市空间演化趋势,将预测结果与焦作市的空间布局规划图进行比较,发现两者之间存在着较大差别,其原因是SLEUTH模型无法模拟城市化区域转变为非城市化区域的过程,随后对SLEUTH模型进行了修正并重新进行了预测。最后,由于SLEUTH模型没有考虑到对一个区域城市空间结构有显著影响的人口、经济、政策等因素,所以将模拟结果与人口、经济因子进行空间相关分析和统计相关分析,建立城市拓展与人口、经济的回归方程;接着又从城市规划、城市发展政策、巨型工程等方面对模型进行了验证。验证结果表明:SLEUTH模型能较好地模拟和预测出焦作城市空间结构演变过程,具有广泛的适应性。