从20世纪60年代世界上第一个地理信息系统(GIS)建立以来,GIS在众多领域得到了广泛的应用和推广普及。伴随着信息采集技术的迅猛发展,GIS将拥有庞大的数据库,从而为计算机从事城市规划和发展方面的工作提供有力的手段。但目前GIS仅是对时空数据作综合统计分析,虽然也有一定程度的机理分析,但它对复杂的系统却无能为力,也无法表达系统空间分布特征。 自组织理论是继系统论、信息论、控制论等之后逐步形成和发展起来的系统科学理论,它为当代科学技术的发展提供了新思想、新观点、新方法,为人类社会复杂性的科学提供了广阔的思维空间。 GIS从某种意义上讲,是记录追踪现实系统信息的技术。自组织理论是研究系统自组织规律的科学。本文扼要阐述了自组织理论的基本原理和相关概念,剖析了传统GIS空间分析的局限性,并根据有关原理对实际问题建立了数学模型,从而将这两门学科结合起来,充分发挥了GIS数据的效用,为分析复杂系统的内部机理提供了可行性。同时,本文将从正反两方面对问题进行演算,对自组织的时空结构进行分析,力求找到参数与结构突变的联系,使得对实际系统的认识更加深刻。 本文以如何充分、准确和高效利用存贮于GIS中的空间数据,挖掘其中的机制和规律为出发点,提出建立自组织的城市发展观,应用自组织理论来分析城市系统的演化特点,研究揭示了城市空间自组织现象的形成和发展的客观规律,给城市规划学提供了更有价值的信息。以自组织原理结合现代数学方法来分析讨论城市问题,为GIS时空数据提出了一种新的数学建模方法及数据处理方法。这种方法将可成为城市规划学的核心内容,并促使城市规划理论向更加科学化和可操作化的方向发展。 本文以城市演化一个较简单和理想化的模拟模型为例,通过计算机模拟,讨论了其在理论研究与实证研究方面的应用。同时,这种新的时空数据处理方法具有其他方法没有的特点和优点,将成为GIS决策支持系统有力的数据处理工具。