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城市用地扩张已成为全球化的城市发展潮流。中国作为世界上最大的发展中国家,1981-2015年城市建成区面积增长了约6倍而远大于同期城市化率增速。城市快速扩张引发了耕地锐减、环境破坏、交通拥堵等一系列问题。道路网络是城市扩张的主要动力,与城市扩张存在着密切联系。因而,挖掘二者互动关系及定量关系是引导城市可持续发展的一个新视角。本研究通过理论研究分析城市扩张与道路网络互动关系,开展国家、城市尺度下城市扩张与道路网络的实证研究。基于GIS与遥感技术,对近30年北京、纽约、伦敦、芝加哥城市扩张演化与道路网络格局进行了耦合性分析,并利用回归分析建立道路网络-城市扩张模型计算城市扩张转点。随后对纽约、伦敦、东京、巴黎等13个世界城市计算了城市扩张稳态指数(Urban Expansion Steady-state Index,UESI)。最后,借助Logistic-CA-Markov模型,测度多情景设定下2025年北京市城市扩张状态。主要结论包括:(1)道路网络与城市扩张存在互动关系。道路网络对城市用地扩张具有驱动作用;当城市扩张发生后,反作用于道路网络的优化而导致新城市扩张发生。(2)道路网络密度与城市用地扩张存在空间耦合关系和定量关系,具体表现为“倒U型”,即城市扩张速度随路网密度增长呈现先增加后减少的趋势。北京城市扩张转点值远低于纽约、伦敦、芝加哥,转点值分别为3.3、11.84、16.86与21.40km/km2,同时低于圣保罗市5.1km/km2。(3)城市扩张稳态指数能够有效测度城市扩张态势。当UESI≥0.30时城市用地扩张进入相对稳定的状态。纽约、伦敦、东京等城市UESI指数均大于或接近于0.30,北京、圣保罗市UESI指数低于0.20。(4)经济发展情景(EDS)、规划发展情景(UPS)、生态保护情景(EPS)下的2025年北京城市扩张转点分别为4.1、4.8和5.2 km/km2。如果采用1985-2015年城市扩张阈值,UESIEDS,UESIUPS,UESIEPS分别为0.22,0.25和0.28。因此,大力推进规划引导、集约用地、生态红线划定,有利于大幅度提升北京市2025年城市用地稳定状态,实现城市精明增长。道路网络与城市扩张的互动关系研究,有利于科学认识道路网络的诱导作用和指示作用,优化城市基础设施投资,定量界定城市扩张阶段,为城市土地利用、城市规划和管理决策提供科学参考。