社会经济的发展伴随着产业结构的升级,带来了城乡关系的深刻转变。农村居民点作为我国城乡建设用地的重要组成部分,是农村城镇化和集约化的重要载体与转化内容,其空间布局不仅反映了农村聚落的生产关系和社会文化,而且决定了农村土地利用系统的功能结构与综合效益。随着新农村建设的大力推进与城乡一体化进程的加快,农村居民点的布局优化必然成为城乡土地利用结构优化的重中之重。然而,农村居民点布局优化受到区域自然、社会与经济的多重制约和影响,是一个复杂的非线性复合地理作用过程,如何从海量的土地利用数据中获取优化农村居民点布局的有效知识和模式,运用地理模拟系统和智能优化的理论与方法实现农村居民点规划布局的科学化与智能化,必将成为土地利用结构优化研究中的一个重要分支。空间优化决策是GIS应用中复杂而又常见的问题,其优化问题往往涉及到多个目标和不同的约束条件,需要合理的理论和方法来解决此类问题。农村居民点布局优化整体上可划分为农村居民点城镇化与农村居民点集约化两大模式,两者在过程上是有序的、时间上是并进的。农村居民点城镇化体现了城乡融合的过程,需要充分把握城镇用地扩展的过程和规律,集成空间数据模型和空间过程模型表达时空耦合过程。本文试图在分析城镇用地扩展机制的基础上,融入多智能体决策与博弈的思考,采取“自下而上”的模型策略,分析微观空间实体之间相互作用机制,集成多智能体系统、元胞自动机与GIS技术,探索和分析城镇用地格局形成和演变过程,进而合理确定农村居民点城镇化的布局。农村居民点集约化体现了农村居民点用地集约与资源配置合理化,具体的优化目标因主、客观条件的差异而呈现复杂化、多样化特点,需要因地制宜地通过合理的优化目标设计,逐步寻优以达到最优的状态。本文尝试引入粒子群优化算法,借助其在解决多目标优化问题上的优势,与GIS耦合集成,在数量和空间多因子约束的基础上,通过群体最佳位置和个体自身最佳位置的不断迭代更新,实现农村居民点动态布局优化。已有的农村居民点空间布局研究在内容上侧重于空间特征评价与演变机制探讨,方法上与GIS集成的空间决策支持研究不足,优化模型上局限于农村居民点数量结构的优化与集约用地的评价,地理模拟系统与智能优化方法在农村居民点空间布局优化中的应用几乎空白。针对这些问题,本文指出了将元胞自动机和粒子群优化算法应用到农村居民点布局优化的合理性与必要性,提出了基于元胞自动机与粒子群优化算法的农村居民点布局优化的研究思路。农村居民点城镇化布局不仅仅表现为空间上用地类型的转变,这一转变过程还涉及到地理环境的作用机制以及政府、企业和农户的决策博弈行为,如何在农村居民点城镇化布局模型中科学地体现城乡体系的耦合、自然与社会体系的耦合以及时空体系的耦合是模型构建的关键。本文从城镇系统内部微观层次出发,集成多智能体与元胞自动机在社会组织性和空间拓展性上的各自优势,实现空间数据结构上的转换与统一,.确定元胞转换规则并构建模型,以一种进化的、涌现的角度分析城镇地理空间交互作用过程与复杂空间决策行为。构建基于多目标粒子群优化算法的农村居民点集约化布局模型是本文研究的关键。在农村居民点布局优化理论的指导下,论文从农村居民点集约化的适宜性评价、多目标约束和粒子群优化算法设计等方面阐述了农村居民点集约化布局模型的构建内容和要点。此外,本文针对农村居民点集约化过程中地形条件的差异性,划分中心村引导和基层村引导两种模式,结合农村居民点优化过程中的数量约束、地类约束与空间约束,以地类相邻协调性、规划转换可达性、空间紧凑度为目标建立多目标优化函数,运用粒子群优化算法,实现农村居民点集约化过程中的定量空间布局优化。为进一步说明本文构建的体系结构、布局模型以及优化算法的合理性和可行性,论文以湖北省嘉鱼县为例进行实证研究,选取鱼岳镇(中心城区)、官桥镇(丘陵工业型)、潘家湾镇(平原农业型)三个代表性城镇为研究对象,利用2005、2010年土地利用数据与相关统计调查数据,比较分析三个不同类型城镇农村居民点动态演化的时空差异与规律机制,引入元胞自动机、多智能体、粒子群算法分别构建农村居民点城镇化与集约化布局模型,模拟优化2010-2020年三镇农村居民点空间布局,并对布局优化结果进行比较分析和归纳总结,验证其可行性及优势。