我国处于城市化快速发展阶段，城市化规模庞大。特大城市不断涌现，交通、能耗、环境问题日益突出，降低城市的运行效率与宜居性。很大一部分城市问题，尤其是交通问题，都与土地利用形态不尽合理有关。城市的发展问题，土地利用与交通需求的关系一直是研究关注的热点。自组织力量是影响城市演化，塑造城市形态的主要力量之一。要通过规划引导城市往良性方向发展，有必要了解并把握城市自组织发展的规律。本文回顾了城市发展史上的自组织与他组织，阐明了研究自组织的重要性，建立了基于新经济地理学、城市系统动力学的城市空间形态演化模型。模型中城市里存在消费者服务业与生产者服务业，城市居民既是消费者，又是劳动力，具有对消费品多样性的偏好，根据效用最大化原则选择居住地与工作地。模型引入通勤成本，考虑职住分离，通过调整交通成本参数，包括消费品交通成本，中间产品交通成本与通勤成本，对不同形态的城市进行模拟，研究在自组织状态下各种典型形态城市的产业、人口布局的演化过程，展现了交通成本与区位特征对城市产业、人口布局的影响，结果显示两种产业在演化过程中存在形成单中心和多中心模式的可能性。城市有着集聚的本性，纯粹依赖市场的自组织，很难形成多中心的格局。本文进而研究特定形态城市的交通需求特性，首先对单中心和多中心两种形态的城市的优缺点进行了论述，提出单元城市的概念。基于多智能体系统构建自下而上的城市微观模拟系统，结合竞租理论、经济地理学、交通规划理论等学科的成果，考虑家庭结构的影响，考虑通勤、消费、工作三种出行，定量研究单中心城市与单元城市在交通效率、碳排放上的区别。结果表明，对于超过一定规模的城市，单元城市在减少交通需求、节能减排上有更好的表现。一个规划合理的单元城市与一般单中心城市相比，能减少超过40%的长距离交通量，交通碳排放量减少约25%。基于单元城市的优越性，本文进一步深入细化单元城市的规划理念与设计原则，对一个虚拟的城市单元进行初步规划设计，包括基本形态与交通需求，城市结构，城市单元，单元群以及交通规划，为单元城市规划提供了初步框架。