背景：城市蔓延是一种全球性的普遍现象,是城市发展到一定阶段的产物,是一种程度,亦是一个过程,是一种空间上扩张,亦是一种空间上的分散。城市蔓延的概念最先在美国被提出,随后在欧洲国家和发展中国家也出现了大量的研究成果。在中国,城市蔓延的特点是以土地的扩张为主导,地的蔓延快于人的蔓延。在过去几十年内不断推进城镇化的过程中,我国城市蔓延的方式较为粗放,在“量”增长的同时,忽视了“质”的提高,耕地大量流失,水域、陆域和大气环境受到了严重破坏,威胁了自然生态环境的平衡发展。同时这种以地为主导的城市蔓延也会带来社会经济发展的局部不平衡问题,不利于城市的可持续协调发展。因此,在国家推进城镇化和城乡一体化发展的进程中,在倡导城市土地利用和可持续发展的前提下,在全国进行地理国情监测的背景下,对城市蔓延的研究从理论到实践,从静态到动态,从测度到建模,从时间到空间的拓展将具有重要意义和价值。研究区和方法：本研究选取中部特大城市武汉作为实例研究区,对其在过去二十年间的城市蔓延进行测度和空间建模研究。研究方法上采用了文献计量和综述、空间分析和建模以及遥感、地理信息系统的集成和拓展。具体来说,本文第一章和第二章在文献计量的基础上,分别定量和定性地对城市蔓延的研究现状、主要问题、概念和特点、方法和技术进行了综述。本文第三章对研究区和数据进行了详细介绍。第四章则在地理信息系统的平台上,在宗地层次上、区县层次上和城市区层次上进行了结构维、形态维、密度维、梯度维、邻近性、可达性和动态性7个维度进行了测度和分析。第五章结合社会经济统计数据,从人口、社会经济、交通和土地利用四个方面选取了25个因子对城市蔓延度进行了多因素多因子综合评价。第六章综合采用遥感、地理信息系统和空间回归技术,以时空结合型数据和总量型驱动因子为基础,对城市蔓延进行了监测和多策略的空间回归建模分析。第七章则从微观层面构建了多尺度网格型城市蔓延建模平台,选取了描述性、密度性和邻近性三类具有空间分布特征的影响因子共20个,进行了多尺度空间回归建模的比较。结果和讨论：在以上方法的应用、集成和拓展的基础上,本文对城市蔓延的研究展开了如下的讨论和分析。(1)城市蔓延的现象具有明显的地域特征,美国、欧洲国家和发展中国家城市市蔓延的阶段性特点是不同的；城市蔓延具有明显的多学科交融性,其研究涉及土地利用、生态环境、人类健康、建模及技术集成等多个方面；城市蔓延的基本研究模式是“原因—表现—影响”,这三个方面在具体研究中可以独立分析,也可以综合分析。(2)从空间上,城市蔓延应从扩张和分散两个方面来进行理解,包含复杂性、中立性和时空性三个特点；在我国,城市蔓延的主要驱动力是社会经济发展的需要和国家的相关政策的实施,蔓延的形式上多样,蔓延的阶段性明显,蔓延的地域性差异较大；城市蔓延的影响既有正面的,也有负面的,其中对土地利用、生态环境和生活质量等方面的负面影响较多。(3)以武汉市为例,通过多层次和多维度的城市蔓延测度,表明独立工矿用地和特殊用地的空间分布更为随机和分散,中心城区附近的宗地和区县破碎程度更高、用地结构变化更大、城市蔓延更为明显,并且这些变化主要是通过开发区的建设和建成区的划定来实现的。另外,研究中提取了1996-2006年期间城市内部结构或形态变化明显的宗地和区县,提出了未来城市发展的相关政策建议。(4)以武汉市为例,结合空间分析方法和多因素多因子的评价指标对城市蔓延度进行综合评价的结果表明,人口蔓延度指数总体上呈线性上升,土地利用蔓延指数总体上呈指数性上升,社会经济蔓延度指数和交通蔓延度指数在上升过程中增长率略有浮动。另外,路网密度的空间聚集度最低,分布最为分散；建设用地比例的空间分布最为聚集。最后得到的城市蔓延度综合指数在2004年前的增长速度相对缓慢,这之后有显著上升。(5)以武汉市为例,结合遥感技术、地理信息系统技术和空间回归技术对武汉市1995-2010年期间城市蔓延监测和建模的结果表明,近15年来武汉市建设用地扩张明显,建设用地的整体分布趋于集中,但在典型城市宗地内趋于分散,建设用地的重心移动与开发区的建设紧密联系。同时空间回归建模的方法明显优于传统的统计建模方法,这不仅表现在拟合的精度上,同时对于探索城市蔓延中的时空变化关系有着重要的启示。(6)以武汉市主城区为例,通过遥感解译和网格过滤算法得到的多尺度空间回归结果表明,建设用地面积比例和其影响因子在各个尺度上均表现出显著的空间自相关性；随着尺度的增加,空间回归模型的拟合效果越好,进一步说明了城市蔓延在微观尺度上的复杂性和在不同尺度上的差异性；在各个尺度上,空间误差模型SEM的模拟效果最好,混合回归-空间自回归模型SLM次之,但均优于传统的OLS统计回归模型。总结与展望：本文在国内外大量文献的综述基础上,对城市蔓延的表现、测度、建模等方面进行了多层次、多维度、多因素、多策略、多尺度的综合实验和分析。从理论体系上归纳了城市蔓延的定义和特点,阐明了其发展现状和趋势；从实证研究上对武汉市的城市蔓延进行了全面地定性和定量分析；从研究方法上综合考虑了城市蔓延的多面性和时空特征,并进行了全面而新颖的实验设计；从技术应用上集成和拓展了遥感、地理信息系统和空间回归等多种技术方法在城市蔓延测度和建模中的应用。研究成果对土地利用规划和城市规划具有一定的参考价值,并可以应用于其它城市的蔓延分析中。在今后的研究中,可以在国内外城市蔓延的特征比较,中国城市蔓延的理论分析,自下而上的城市蔓延综合定量分析,时空背景下的城市蔓延分析、建模以及遥感、地理信息系统和空间分析等技术方法的集成拓展方面有进一步深入的思考。