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城市扩展的时空模拟与科学预测对于城市健康发展、功能完善及空间优化意义日臻凸显。长沙作为“两型”社会实验区和国家新型城镇化试点城市,加上其“山、水、洲、城”的建设理念和国家历史文化名城的保护目标,长沙市的城市扩展和空间优化研究可为国家新型城镇化发展、建设可持续发展城市空间提供经验借鉴和示范。因此,研究长沙市城市扩展特征及驱动力分析,掌握城市扩展规律,优化空间布局、提升空间质量的研究成为本文研究重点。首先,本研究在理论学习和国内外研究总结的基础上,对长沙市空间形态、结构演化和城市扩展空间现状特点及存在问题进行了梳理与归纳。其次,在RS、GIS技术的支持下,通过SLEUTH-3R模型模拟历史时期长沙市城市空间演变过程并找出长沙市城市扩展驱动力主要因素,基于长沙市城市扩展驱动力因素、不同政策和土地利用方式设置四种城市扩展情景,对长沙市2011-2030年未来城市扩展进行预测及分析。最后,基于预测结果分析长沙市城市扩展趋势和空间挑战,并提出城市扩展空间优化思路和对策措施。模型运行结果表明：SLEUTH-3R模型能较好地应用于城市扩展模拟与预测,空间分辨率的选取至关重要；通过模拟重建长沙市扩展历史,总结出长沙市城市扩展驱动力为自然环境、经济发展、城市人口、交通建设和政策战略五大因素；SLEUTH-3R模型的情景模拟方案中,30m空间分辨率模拟结果优于100m,分散化集中情景模拟方案优于其他模拟方案。研究结果表明：基于模拟结果,预测出长沙市未来城市扩展面临人口和建设用地规模持续增长、东西并进非均衡扩张、遵循组团-轴线式拓展和小城镇发展持续推进市域城市扩展四大趋势和产业园区空间扩张重组与建设两型社会、保障600万人口规模空间供给与扩大生态涵养空间、旧城改造品质提升与新区建设积极推进和乡镇建设应对新型城镇化四大挑战；根据模拟结果选择的情景模拟方案和热点分析,基于城市扩展驱动力因素提出东提西拓增加横向联系轴、南延北进强化湘江服务轴和功能错位实现多组团共荣三大空间优化思路,以及生态空间、产业空间、交通建设空间和城镇空间优化的四大布局对策措施。