城市形成和演化的本质是城市内各功能区的聚集和扩散过程。城市功能区作为城市各类用地的载体,其不同的类型结构组成城市功能区空间结构。城市功能区空间结构是城市空间结构中土地利用类型功能分布的具体表现,其演化过程体现了社会进步,表征了城市的发展。城市功能区的合理布局可以提高土地利用效率,对城市的可持续发展和规划管理具有重要意义。因此,从城市功能区着手探索城市的扩张过程,研究城市功能区的空间结构演化,对合理规划城市空间布局及区域可持续发展具有重要的理论和实践意义。本研究选取典型的后发展且城市化进程较快的长春市主城区作为研究区。对矢量数据和地图数据分别采用直接转换法和矢量化匹配法进行城市功能区识别。对遥感影像数据采用基于U-Net模型的深度学习框架（U-Net Deep Learning,UDL）分别从用地类型和功能类型两个角度进行城市功能区的识别,并对训练模型的精度和功能区预测结果分别进行了评价和应用;在完成多源多期数据生成长春百年城市历程中1905年、1932年、1940年、1945年、1954年、1976年、1990年、1994年、2003年、2011年、2015年和2019年共12期城市功能区数据的基础上,利用信息熵模型和空间重心转移系数、圈层结构模型以及转移矩阵分别从时间和空间两个维度对长时间序列城市功能区的空间结构演化特征进行分析。旨在为合理规划功能区布局及有效控制城市扩张提供依据。取得的主要研究成果和结论如下:（1）经过200次训练,训练截止时基于用地类型的模型准确率为81.98%,基于功能类型的模型准确率为80.09%,前者的模型准确率较高。两种模型预测的功能区中,在不考虑混合功能区的具体混合类型时,基于用地类型的模型识别的功能区总体误差为14.02%,而基于功能类型的总体误差为16.27%,前者总体误差较小。在考虑混合功能区的具体混合类型时,样本区中基于用地类型识别的功能区与实际功能区完全相同的准确率为85.18%,而基于功能类型识别的准确率为82.53%,且基于用地类型识别的功能区与实际功能区混合类型部分相同和完全不同的准确率分别低于基于功能类型识别的准确率,整体上基于用地类型识别的功能区准确性更高。基于用地类型的UDL可以有效识别城市功能区,并为城市功能区时空演化研究奠定了基础。（2）1905-2019年间,长春市主城区城市功能区结构演化的时间特征可以分为四个阶段:（1）1905-1945年,伪满时期《新京都市计划》的实施使得长春市主城区各功能区的分布日益均衡,功能区空间结构的均衡性和复合程度增加;（2）1945-1954年,新中国成立之后工业快速发展带来的一系列影响使得功能区空间结构的均衡性和复合程度呈下降趋势,整体上表现为居住区和工矿仓储区为主导的功能区空间结构;（3）1954-2003年,城市经济发展水平的提高、产业结构的不断优化以及各项规划政策的实施使得城市功能区空间结构的均衡性和复合程度稳定上升;（4）2003-2019年,“振兴东北老工业基地”、“退二进三”、“全面协调可持续发展”、“五位一体”等政策的实施使得城市功能区均衡性和复合程度趋于稳定,但内部结构仍在优化完善。（3）长春市主城区城市功能区结构演化的空间特征中,外部扩张的方位特征表明:1940年、1954年、2011年和2019年各功能区的重心转移程度较大,表明该年份中长春市主城区功能区空间结构发生重大变化。整体上看,工矿仓储区从宽城区南部与朝阳区和二道区交界处转移至绿园区东部与朝阳区交界附近,工业外迁现象明显;生态区从五个城区交界处转移至南关区北部与二道区交界附近;其他功能区转移范围相对较小。公共管理与公共服务区平均每年的空间转移距离最大,居住区平均每年的转移距离最小,说明居住区的空间结构最为稳定。外部扩张的圈层特征表明:居住区、商业服务业设施区和公共管理与公共服务区集中分布在距离中心位置8km的圈层内。距离中心位置6km的圈层内单一功能区比较多,空间结构较为简单。工矿仓储区在2003年之前主要分布在距离中心位置6km的圈层内,2003年之后主要分布在距离中心位置12km的圈层内,工业外迁现象明显;生态区面积比例超过50%的圈层在1976年之后逐渐向外转移,城市建成区扩张明显;混合功能区主要分布在距离中心位置6-8km的圈层中,不同时期混合功能区在不同圈层的变化表明长春市主城区各功能区之间在发生转换。1954年之后,长春市圈层结构特征逐步显著,至2019年形成了“商业区—居住区—工业区”的圈层空间结构。内部演替特征表明:居住区在2011年之前面积大幅度增加,表明2011年之前城市建成区扩张较为明显,建成区的扩张大量占用了外围的生态区,2011年之后功能区内部演替更为频繁。工矿仓储区在1976-2011年间大面积增加,表明该期间工业发展比较迅速。混合功能区在1940年之后的高转出比例表明长春市主城区的用地类型转换较多,功能区内部转换较为频繁。长春百年城市历程中,2015年之前各类功能区的转换比例和面积均较高,表明2015年之前,长春市主城区城市功能区的空间结构变化较大,2015年之后趋于稳定。（4）城市作为复杂开放的综合体,其功能区空间结构演变受多种要素的综合影响:（1）自然因素作为城市发展的本底条件,影响城市功能区的空间布局;（2）交通因素对城市的发展具有引导作用,长春放射状和矩形相结合的道路交通系统引导长春功能区从人民广场向外呈“商业区—住宅区—居住区”的圈层结构;（3）规划政策是功能区的空间结构演化的外界动力,对功能区空间布局具有调控作用。基于长春市主城区功能区空间结构的演化特征,提出建设具有长春特色的以人为本的开放型多元化绿色宜居城市为具体优化目标,并提出加强道路交通系统的引导作用、发挥规划政策的调控作用以及巩固资源整合的优化作用以优化功能区空间格局。