城市开发边界是一套管控界线体系,兼具“刚性”与“弹性”,由来自城市发展对建设用地的需求推力和与之相伴的生态环境压力共同决定,是能够合理引导城市发展与布局,控制城市无序扩张的有效工具。划定城市开发边界不仅有助于指导城市建设用地的进一步集聚,控制城市的无限扩张,还能够促进城乡规划与土地利用规划的协调与融合。因而在土地资源稀缺背景下,如何通过城镇开发边界的划定来促使城镇建设用地的合理扩展和布局就成为急需研究和解决的重要课题。本文通过对国内外城市开发边界、城市复杂系统模拟等相关研究成果的梳理,确定影响城市建设用地扩展的影响因素,提出一种城镇建设用地扩展约束的方法与思路。结合国内外城市开发边界划定中现有的经验方法,构建基于变权理论和元胞自动机的城市开发边界划定方法模型。并以南京市为例,对南京市开发边界进行划定实验。主要的研究内容如下:(1)梳理城市开发边界、城市扩展模拟的相关研究成果,确定城市建设用地扩展的规模约束和空间布局约束思路和方法。提出用经济学上的边际成本和边际收益分析法来确定一定时间段内城镇建设用地的合理规模。而对于城镇建设用地空间上的扩展则通过约束性元胞自动机来进行扩展模拟。(2)基于城市开发边界管控体系的结构设计约束性元胞自动机模型的元胞空间、状态、邻域以及时间。基于城镇建设用地扩展动力的分析设计元胞自动机的转换规则和模型基本处理流程。通过Arcgis平台Model Builder图解建模结合C#二次开发实现模型。(3)基于南京市开发边界划定的相关基础数据,进行南京市城市扩张模拟,验证模型在南京市城市扩展模拟上的模拟精度,然后根据模拟结果调整和修改模型,最终进行南京市城市开发边界的划定实验。相关研究结论包括:(1)确定了从规模约束和空间布局约束两个方面来实现对城镇建设用地扩展模拟约束的思路。通过计算城镇建设用地扩展的边际成本和边际收益来求取城镇建设用地的合理规模。使用逻辑回归确定影响城镇建设用地空间布局因素的初始权重,在此基础上进行变权,使用变权后的权重对城镇建设用地综合适宜性进行综合评价,基于此评价,计算每一个元胞地块状态发生变化的最终概率。(2)设定城市开发边界体系是一个类似于环状的结构,由内到外分别是城市增长刚性边界,现状城镇建设用地边界,预测年的城镇建设用地边界。其中,预测年的城镇建设用地边界通过城市扩展模拟获得。将影响城市扩展空间分布的因素划分为三类:自然生态适宜性,地理区位适宜性,邻域相互作用。基于此,设计基于多指标评价的元胞状态转移规则。最终的CA模型通过Arcgis平台Model Builder图解建模结合C#二次开发实现,主要分为三块:变权处理模块,循环迭代模块以及边界生成模块。(3)通过计算城镇建设用地扩展速度、强度、经济弹性、人口弹性等指标来详细分析南京市近年来城镇建设用地扩展的时间及空间分异特征。将影响城镇建设用地空间扩展的建设用地适宜性、各类吸引力、限制要素等指标进行量化处理,并在此基础上进行logistic回归分析,结合Monoloop单一参数循环法求出各类影响城镇建设用地空间扩展要素的初始权重,进行变权处理。(4)对南京市城镇建设用地扩展的边界成本和收益进行测算,分析经济发展低速、中速、高速三种不同情景下的合理城镇建设用地规模。对城市建设用地扩展模拟效果进行评价,评价结果显示模型可以较为精确地模拟南京市城镇建设用地的扩展,而变权理论的引入可以提高静态权重模型的模拟精度。最终进行2030南京市城镇建设用地的扩展模拟,基于此划定不同经济发展情景下的南京市城市开发边界。