我国经过改革开放30年的快速发展,城市化进程不断加快,在经济发展取得巨大成就的同时土地问题也不断出现,人地矛盾十分突出。长期以来,地方政府形成了“以地生财”的粗放式土地利用模式,主要特点就是城市用地快速扩张,占用了大量耕地、园地、林地等农用地资源,生态环境以及人居环境不断恶化。当前,许多大中城市的发展都面临着土地资源紧约束的困境,面对新形势下的社会经济可持续发展问题,需要在转变城市土地利用方式的同时,着重加强对城市土地利用风险的预测、预警及有效控制研究,其中模拟和预警技术就显得尤为重要和迫切。模拟是对现实世界真实事物或者过程的虚拟,中心思想是要表现出选定的抽象系统的特性,其关键问题是有效信息获取、关键特性和表现的选定、近似简化和假设的应用以及模拟的重现度和有效性；在地理学中通常采用数学建模的方法去描述某一地理系统的结构和行为,所采用的模型主要有静态模型和动态模型两种。预警则是一种预先发布警告的制度,可以认为是对可能出现的问题和风险的辨识、分析和预测,并采取必要的、超前的措施对其予以防范、消除,将可能的损失减少到最低程度的一种方法。可以说,模拟和预警技术相结合是预防并控制城市土地利用风险或危机最经济简便的方法之一。本文以快速城市化地区的代表深圳市为研究区域,基于GIS空间分析技术,结合研究区城市发展特点,综合运用相关性分析、主成分分析、回归分析、脱钩理论等,分析研究区城市土地利用变化的特征、驱动力和经济脱钩过程；并以此为基础,结合构建的基于生命机制的扩展CA模型和城市土地利用预警体系,动态模拟和预警研究区未来城市土地利用变化的趋势及警情状况。通过本文的研究,一方面可以提升政府对未来城市土地利用的宏观调控能力；另一方面通过风险警情的预报和超前控制,可以节约集约利用宝贵的土地资源,避免土地的粗放利用,减少相当一部分闲置和低效用地产生。论文研究内容及主要研究结论如下：(1)在深圳市1990-2008年土地利用现状分析的基础上,首先运用转移矩阵、扩展强度指数、空间分异方法对研究区城市土地利用变化进行基本特征提取；其次运用相关性分析、主成分分析、回归分析方法对研究区城市土地利用变化进行驱动力分析；最后运用“脱钩”理论对研究区不同时段内的经济增长与城市土地利用变化之间的“正负脱钩”关系进行了深入探讨。研究表明：深圳市1990-2008年城市土地利用变化的最主要特征就是城市用地的增加以及农用地、水域的减少；经济发展、人口增长和劳动力非农化、二三产业投资扩大是该区城市土地利用变化的3大驱动因素；同时,研究发现到2004年以后,深圳市经济增长与城市用地扩展之间已经出现了“绝对脱钩”现象,经济发展对土地资源的严重依赖程度在逐年降低,这主要得益于产业结构的调整与升级。(2)引入CA作为研究区城市土地利用变化动态模拟模型,并将其应用于预警分析中。由于标准CA模型于自身存在一定的缺陷和不足,所以在应用于地理学领域时需要对其进行改造和扩展。本文从解决标准CA模型存在的缺陷角度入手,提出构建基于生命机制的约束型扩展CA模型框架,改造过程包括以Markov总量预测控制CA迭代时间,以Logistic回归元胞适应度计算、基于元胞期望的邻域空间影响等方法综合确定CA转换概率,以替代复杂的转换规则的制定等；最后在VC.NET环境下利用C++语言实现了该模型,并对深圳市2018-2030年城市土地利用变化进行了模拟应用。研究表明：所构建的扩展CA模型能够较好的模拟和预测未来城市空间的演化过程,模型精度达到80%以上。该模型也是城市土地利用预警体系的核心和关键。(3)目前国内外土地利用预警研究多集中在耕地和生态环境领域,而城市土地利用预警从理论到技术均未成体系。本文在已有的研究基础上,初步构建了较为完善的城市上地利用预警体系,包括预警的内涵、机制、总体框架、评价指标、评价模型、警度划分方法等,并结合扩展CA模型对深圳市2008-2012年城市土地利用变化进行了多尺度(区尺度和街道尺度)预警研究。研究表明：CA模型是城市土地利用预警的有效手段；深圳市2008-2012年城市土地利用变化的警情级别基本上在轻警和中警区间,总体上处于可控状态。