随着国家经济社会的快速发展,2018年我国的城镇化率已达到59.58%,城镇人口的增加推动了城镇空间的蔓延扩张。由于对城镇扩展缺少合理的管控限制,盲目扩展带来了城镇结构松散低效、空间格局破碎化等城镇发展问题和生态环境破坏、耕地资源占用等生态资源管理问题。对此,国家自然资源部提出从严划定城镇开发边界,避免城镇盲目无序扩展,优化城镇空间布局形态和功能结构,提升城镇人居环境品质,推动形成界内城镇集约高效、界外山清水秀的国土空间格局。因此,如何科学划定城镇开发边界,引导城镇空间绿色可持续发展,成为城镇化进程中的急需解决的问题。目前,对于城镇开发边界的划定方法主要是通过考虑影响城镇扩展的经济社会驱动因子,预测未来城镇用地空间规模,模拟目标年城镇建设用地布局,由此勾勒出城镇开发边界。然而,该方法过于依赖对目标年用地规模的估算和模拟的精度,且没有考虑城镇外部自然地物要素对扩展的阻隔约束作用,导致城镇开发边界的限制作用被弱化。因此,论文选取城镇化势头迅猛、自然资源丰富的长沙市中心城区为研究区,通过探讨解析历年城镇边界演变规律特征,构建城镇边界演变影响因子体系;从“内部驱动”和“外部约束”角度,量化对应的影响因子,对城镇空间进行扩展潜力和阻隔约束评价;构建基于超像素统计特征和扩展-约束协调优化模型的城镇开发边界划定模型,实现城镇开发边界科学划定。提供多情景城镇开发边界划定方案,并对长沙市城镇空间发展格局提出建议。主要研究内容与结论如下:（1）城镇边界信息提取和演变分析。对研究区遥感影像进行土地利用分类,探讨研究区建设用地扩展类型变化;提取历年城镇边界信息,从扩展强度、扩展形态和扩展方位三个角度分析城镇边界演变规律;总结并构建城镇边界演变影响因子体系。结果表明,2000～2018年,城镇空间扩展以边缘式和填充式扩展为主,且有填充式占比逐渐增加的趋势,城镇边界形态趋于简单,说明城镇空间用地更加高效。城镇边界的扩展由快速扩展趋缓至中低速扩展,主要扩展方位为西北和正南。城镇边界演变影响因子体系分为驱动因素和约束因素两部分,驱动因素有人口、经济、区位、基础设施布局,约束因素有地形、水域、耕地、生态。（2）城镇扩展潜力和阻隔约束评价。通过量化人口密度、GDP增量、区位、基础设施等城镇扩展潜力影响因子,输入Logistic回归模型,实现对城镇空间扩展潜力的评价。评价结果表明,对城镇空间扩展驱动作用最强的是人口密度,其次是区位因素中的距市中心距离和方位扩展强度因子,未来城镇扩展在正西、西北和正东三个方位具有明显扩展潜力。考虑地形、水域、耕地和生态的阻隔约束作用,采用熵值法确定权重,实现城镇扩展阻隔约束评价。评价结果显示,阻隔约束力从高到低为:地形＞水域＞生态＞耕地。阻隔约束力最强的区域主要是黑麋峰、北山、幕阜山系、莲花山、岳麓山等山体和森林公园。（3）城镇开发边界划定。基于超像素统计特征和扩展-约束协调优化模型,构建城镇开发边界划定模型。提供“内涵挖潜”、“高速增长”和“底线约束”三种情景模式的城镇开发边界划定方案,并对长沙市城镇空间发展格局提出合理建议。结果证明,内涵挖潜模式的城镇开发边界划定结果符合未来长沙市城镇发展规划,可以满足新一轮规划长沙市城镇空间发展和资源保护的需求,可作为规划期限2035年长沙市城镇开发边界。基于SLIC（simple linear iterative clustering）超像素分割和直方图统计特征的城镇边界确定方法,避免了对城镇规模预测的依赖,实用应用性强。设计的扩展-约束协调优化模型强化了城镇开发边界的约束作用,能够有效解决城镇开发和生态保护的冲突问题,科学引导城镇绿色健康可持续发展。