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该文系统分析了城市空间形态演变的基本理论.从杜能的农业区位论、韦伯的工业区位论到克里斯泰勒的中心地理论等,区位理论的发展映射了城市空间形态的演变过程和人类对空间形态的认识过程.从空间形态的扩展模式来看,伯吉斯的同心圆模式、霍伊特的扇形模式和哈里斯-乌尔曼的多核心模式,以及迪肯森的三地带模式、塔弗的理想城市、洛斯乌姆的区域城市和穆勒的大都市结构等,这些理论模式均反映了人类对城市空间形态的认识由简单到复杂的过程.空间分析是GIS的核心,空间关系则是空间分析与空间推理的基础和桥梁.该文探讨了地理空间关系的核心内容,拓扑空间关系为空间点、线、面之间的包含、覆盖、相离和相接等关系的描述提供了直接的理论依据;方位空间关系是描述地物之间位置关系的重要度量;度量空间关系是对研究对象之间距离的重要度量.基于以上研究,作者探讨了网络分析和特征值分析中的主要指标,即对线状要素描述的主要指标有:方向均值、关联矩阵、邻接矩阵、回路数H、β指数、α指数、γ指数等,对面状要素描述的指标有:圆形率、紧凑度、形状系数、标准面积指数、放射状指数等;并探讨了分形理论在城市空间形态研究中的应用,在此基础上,从心理学的认知机理出发,按照自上而下的认知过程构建了定量描述城市空间形态的指标体系和研究框架.城市交通网络是城市空间形态发展中的基础骨架.该文通过拓扑层次结构的推理,描述了交通网络的发育以及网络的空间组织结构的复杂程度;利用空间内插法,提取交通网络的形态密度,并可视化表达了城市交通网络的空间差异;交通网络的方位特征则从空间统计的角度量化了交通网络的整体延伸,预示了城市未来的扩展方向;作者提出了以城市CBD为中心,采用半径分析方法,利用扩展分枝维数描述了交通网络的复杂性及其通达性的递变规律.城市用地的空间形态是城市内部空间形态的又一重要内容.该文基于信息熵对城市用地进行了分析研究,以此描述城市用地的多样性特征以及均衡程度,得出城市用地熵值的变化与城市产业结构的调整有着密切关系的变化规律;空间分布是城市用地研究的重要方面,利用渐变缓冲区分析方法,计算城市用地的空间扩展,并构建了空间集聚度模型描述城市用地的分布特征;从信息图谱的角度,选取内缘比、紧凑度和栅格维数对用地的图谱信息进行详细描述,以武汉市工业和商业用地为例绘制图斑信息曲线图,以此表述用地的形态特征及其复杂性.城市外部空间形态的分维数随城市的发展有其本身的演变规律,分维数的变化与人类活动有着密切的关系.以武汉市建国以来不同时段的城市外部形态为例,在GIS环境下研究外部形态分形维信息图谱,利用各时段的分维数和人口、面积的统计数据,构建"形态描述函数",得出在城市发展时期,城市规模是外部形态分维数的函数,利用分维数与社会经济因素的互动关系可进一步分析城市空间形态的发展机理.在空间形态分析中,作者首次提出了空间可达性是衡量一个城市空间形态合理与否的重要指标;而空间集成度则是描述空间可达性的直接变量.利用句法分析对城市空间形态的评价、研究具有较高的实际意义.