城市土地利用的空间格局反映了其背后的人类过程，并且必然影响城市及其周边地区的生态、物理、化学和社会经济过程。定量分析景观格局及其变化对于监测和评价城市化的生态后果十分重要。　　 中国许多大城市过去20几年都发生了快速城市化过程，监测城市扩展相关的土地利用变化对监测城市及其内部生态过程非常重要。本研究以北京为研究区，采用遥感和GIS相结合的方法，分析了北京的土地利用变化过程，并且采用回归模型分析了城市用地扩展的空间特征和驱动力。分析结果表明城市近郊和远郊地区是城市扩展的前沿区域，这些区域的耕地损失也最严重，城市人口和城市人均收入对城市用地扩展的驱动力最大。基于回归模型和Markov模型对北京城市用地扩展进行预测，结果表明北京未来20年城市城市用地还会继续快速增加，必然加重已经严重的城市扩展相关的环境问题。　　 为研究城市景观格局的空间特征，采用矩形和扇形移动窗口分析了北京景观格局的城乡梯度特征和方向特征。移动窗口分析结果表明，城市化程度的增加会导致斑块密度和边界密度显著增加，景观形状趋于复杂，以及农业用地平均斑块大小和最大斑块指数迅速降低。总体上，城市化程度的增加会导致城市景观成分更加多样化，几何形状更加复杂，生态上更加破碎。　　 经典的城市形态理论包括同心圆理论、扇形理论和多核心理论。城市形态反映了其背后的人类过程，并且必然影响城市及其周边地区的生态环境。基于GIS的移动窗口分析与景观指数相结合的方法分析了北京市的城市形态。结果表明，北京市的城市空间形态主要是同心圈层和扇形环的结合，为同心圆理论和扇形理论的的混合形式，是土地板结和生态滞竭较为严重的城市形态。　　 分析城市用地的生态限制因子可以在保证城市用地供给的基础上尽可能保护城市内部及其周边地区生态环境，本文利用北京的社会、经济、自然等空间数据，采用GIS空间叠加分析的方法，分析了城市用地的生态限制因素，确定了城市用地的适宜地区和面积，为北京城市总体规划提供决策依据。　　 土地利用演变和景观格局分析表明北京土地管理的主要问题是城市建设用地的无序蔓延和景观格局的破碎化，最终导致生态服务功能的破坏。现行土地管理主要异地占补平衡的数量管理模式，而基于生态服务功能的土地管理将以控制土地的生态服务功能总量为主，实行生态服务功能的本地占补平衡，在保持生态服务功能总量不变得前提下合理开发利用土地，调控城市用地扩展和城市生态服务功能的关系，保证城市建设和环境保护协调发展。　　 为模拟现有土地政策和基于生态系统服务功能的柔性土地政策对城市用地的效应，以北京东部平原为例，设置了三种土地利用增长情景：土地利用现状趋势外推的现状大饼东摊式扩展管理模式、土地总量和结构严格控制的刚性管理模式、以及基于土地生态经济服务功能的柔性管理模式。三种情景模式2024年城市建设用地在模拟区域中的比重分别为36％，26％和29％(2004年为20％)。大饼东摊式的城市扩展最快，将令东部研究区内形成一个更大的城市建设板结地区；刚性管理的城市建设用地增加最少，但是城市发展的控制因素过多，不利于城市用地需求；基于土地生态经济服务功能的柔性管理的城市扩展比刚性管理稍高，但是控制因素相对较少，更多考虑了城市建设用地需求和生态建设要求的平衡，为城市建设的较为优化的管理模式。