明长城军事防御聚落体系是广泛分布于北方边疆的宏大人文地理景观,是边疆地区特殊人文活动与地理空间互动的产物。长城军事防御聚落体系隶属于聚落系统范畴,是具有军事防御和民政生产双重属性的特殊功能型聚落系统,是由长城本体、军事防御聚落体系以及各种附属设施构成的复杂、动态、有机的系统性整体。论文选择宣大山西三镇长城军事防御聚落体系为研究对象,以非线性复杂科学——分形理论和系统理论为主要视角,基于长城历史资料、现代研究成果、调研资料以及试验数据,综合运用GIS空间地理信息分析、数学以及统计学等研究方法,多维度、多层次和定量化揭示明长城军事防御聚落体系的宏观系统关系。研究分为三个层次:首先,在完整时空语境下,探索宣大山西三镇军事防御聚落体系的动态演化过程及其影响因素,系统分析三镇聚落体系及其属性要素的空间分布和影响因素;其次,在前期研究基础上,基于分形理论和系统理论,深入分析三镇聚落体系所涉及的宏观核心子系统——交通系统、烽传系统、驿传系统、聚落等级规模结构体系、以及驻军等级规模结构体系——的复杂性系统关系及其空间结构形态;最后,综合子系统研究成果,探索性建立长城军事防御聚落体系描述性量化理论模型,以此初步探索其理论宏观系统关系。研究发现长城军事防御聚落体系,是在传统聚落体系演化模式和线性长城双重动力作用下,生成的聚落体系与线性长城耦合的复杂分形结构。军事防御聚落体系相关的聚落等级规模结构、驻军等级规模结构、交通网络系统以及空间结构,均具有明确、稳定的分形结构,且在不同方面三镇对应维数值均接近,表明三者在宏观层面遵循一致的生成规则和运行机制;基于此进一步严格界定长城军事防御聚落体系正式形成的标准及时间,并定量和定性描述聚落体系与线性长城耦合的系统关系和动力演化机制;基于理论模型,从宏观系统关系角度,初步探索军事防御聚落体系的主体性、长城的系统性价值、以及军事防御聚落体系与长城的系统关系和协同防御机制。分形结构是人类聚落体系适应复杂人地关系的经典优化模式,长城军事防御聚落体系通过多方面的分形自组织结构,解决了漫长防线与有限军事资源配置的矛盾;实现了驻军常规状态匀质分布向遇警应激状态非匀质集结的快速转换;建立了有限长城军事防御聚落体系与广泛民属聚落系统的多层次融合;完成了全天候必然性值守对蒙军随机偶然性攻击的系统防御。