快速城市化引起城市人口增加、建设用地面积扩大、交通拥挤等一系列城市问题,相应的城市土地利用空间格局也发生很大的变化,本文应用高分辨率遥感数据基于ArcGIS、FRAGSTATS软件平台以及Visual Basic开发平台,采用移动窗口、转移矩阵和梯度分析以及与马尔科夫链相结合的方法,根据景观空间指标定量分析了1996～2009年济南市城市土地利用空间格局的变化特征,同时对1996年济南市土地利用进行适宜性评价,将适宜性评价的结果作为元胞自动机(CA)模型的输入参数对济南市2004年的城市用地变化进行模拟,并使用2004年土地利用现状数据对模型参数进行校正,最后将移动窗口和校正后的CA模型相结合对济南市2025年的土地利用变化进行模拟预测。研究结果表明,济南市在1996～2009年研究阶段内城市建设用地面积增加了67.57km2,农业用地和绿地减少了66.55km2,减少的大部分农业用地和绿地被城市建设用地所取代,城市绿地和农业用地在1996～2004年与2004～2009年这两个研究时间段内被城市建设用地所取代的比例分别为14.23%和20.13%,其中农业用地向居住用地的转入率由1996～2004年的4.10%增加到2004～2009年的14.20%。在研究期间内,研究区景观水平上的斑块个数、香农多样性指数、斑块密度指标的值分别从5921个增加为6361个,从1.74变化为1.83,由11.00个.km-2变为11.82个·km-2；类型水平上居住用地、工业用地等建设用地类型的斑块个数、斑块密度、最大斑块指数、景观形状指数、景观百分比指数逐渐增加,而农业用地、绿地以及其他用地类型相应的景观指标值则逐渐减小。移动窗口获得的景观水平上景观形状指数和香农多样性指数的指标栅格图显示研究区整体景观的破碎度和多样性指数值逐渐增加；类型水平上农业用地和居住用地的景观百分比指数值在空间上呈相反的态势分布；梯度分析的结果显示景观水平上的景观形状指数和香农多样性指数的最大值的分布主要位于城市中心4km附近以及距市中心10km东北、西南方向人为活动干扰比较大和城市规划发展的重点区域；类型水平上的居住用地百分比的最大值主要分布在距市中心6km范围内,而农业用地百分比的最大值则主要分布在距市中心4km附近的东南区域,14km左右的东北和东西部以及10km左右的西北区域。通过使用马尔科夫链方法对济南市未来城市土地利用的变化进行了初步的预测,未来几十年城市用地各类型之间的相互转入和转出将逐步达到一个稳定的状态,城市的发展也将更具有可持续性。同时采用层次分析法(AHP)和特尔菲方法相结合将地形、植被、水域、可达性、建设用地百分比等因子作为适宜性评价因子对济南市1996年的城市用地进行适宜性评价。将城市用地适宜性评价结果作为CA模型的基础和输入的初始参数,同时将移动窗口获得的景观指标作为CA模型中转换规则的一个控制影响因素融合到其他自然和社会控制限制因子中对济南市2004年的城市用地变化进行模拟,模拟的精度达到91%,最后使用校正后的CA模型对济南市2025年的城市用地变化进行模拟预测,模拟结果显示济南市建设用地呈增加趋势,其他用地向建设用地转换的比例较大,城市空间格局扩展主要由城市中心老城区向城市东西方向进行“组团式”的发展,同时向城市南部和城郊的农业用地蔓延和扩张。移动窗口方法能更好地挖掘城市土地利用变化过程,并将其更加准确地与城市空间格局变化相连接；该市建设用地的空间发展不均匀,城市发展呈现不规则同心圆结构,这与济南城市发展的政策导向、城市绿地空间的宜人性以及特殊的地理形态息息相关。移动窗口和CA模型的结合丰富了城市空间扩展变化的动态模型,使得参数校正和设置更易实现,模型模拟的精度有了一定的提高,对济南市城市空间扩展的动态演化规律和特征进行了更深入的探究和分析,模拟结果将有利于指导城市土地利用的规划和城市自然资源的管理与保护。