随着全球经济的持续发展,城市化和城市的可持续发展已成为全球城市发展的热点话题。城市空间作为城市各种功能的载体,其形态的合理性将对人类生存质量产生决定性的影响。在全球范围内的城市快速扩张过程中,城市空间形态急剧变化,出现了诸如土地资源利用不当、耕地流失、生态环境破坏、污染严重、城市功能布局失衡等许多尖锐的现实问题。由于城市空间变化是一个动态过程,不同阶段有不同特点,已有的研究成果或许能较好地解释和回答几十年前的城市扩张问题,但往往难以阐释当代城市空间发展涌现出来的新现象、新问题。对城市空间发展阶段的研究不仅可补充原有的城市空间形态理论体系,而且有利于指导城市规划的编制与践行。另一方面,城市空间发展是一个由诸多因素交错作用的复杂过程,梳理每个阶段中的影响因子有助于掌握城市空间发展背后的动力机制,并对城市未来发展规划起到指导作用。身为西部重要城市的成都市具有典型的城乡二元特征,在城镇化进程中出现的圈层式蔓延等问题对于国内同等城市有相当的代表性和参考价值。2011年开始的天府新区建设,意味着成都大都市区进入了双中心发展的新时期,为传统的单中心集中式城市格局带来颠覆性的改变,对成都大都市区的城市空间未来发展趋势亟需更深入的探讨。在此背景下,本文以美国三大城市和成都为案例,综合利用GIS技术和CA技术,展开对大都市城市空间发展阶段、发展模式、影响因子和动态模型的研究。笔者在美学习期间通过文献阅读、实地调研、深度访谈等方式收集了美国东部、中部、西部典型城市的大量相关数据、文字、图片、影像资料,并采用统计学和数理分析的方法对获取的图文和数据进行了分析和加工,深入整理和研究了美国不同地区不同类型城市在城市扩张过程中空间发展的阶段与成因。美国中部的芝加哥与东部的纽约都是从传统工业化时期发展起来的,城市空间呈单中心集中式格局,在传统城市化阶段表现为圈层式向外扩张。与之相反的美国西部新兴“阳光带”大都市洛杉矶,则从建立之初就一直保持了低密度、无中心的扁平式分散空间格局。在国内笔者选择成都市为深度解读案例,通过规划部门及研究单位收集了大量城市发展的图文、数字资料,从成都市的概况、城市空间特征、城市发展历史及扩张阶段、未来的规划及天府新区建设带来的影响等各方面分析成都市的城市空间发展不同阶段特征及空间结构形态。在此基础上综合成都和美国三个典型城市的发展阶段及影响要素,总结出大都市发展七个影响因子——自然环境因子、经济因子、人口因子、土地利用因子、交通及通讯因子、规划导向因子、社会文化因子等,并对各影响因子在城I市空间发展不同阶段的作用进行了分析归纳,该成果可供有关部门在进行城市规划决策时参考使用。城市空间形态演变是一个典型的动态空间复杂系统,从结构上来看,具有开放、自组织、动态、非平衡等特征,会受到政治、经济、文化、社会、自然、政策等多种因素的影响,其演变过程表现出高度的的动态性和复杂性。历史上已有的宏观、静态和确定的城市模型不足以满足现代城市空间发展的要求,开展城市空间演变动态模型的研究正逐渐地成为研究城市空间演变的有效方法和学科热点,具有巨大的理论价值和应用价值。元胞自动机(简称CA)理论是一种自下而上、由局部推演整体的网格动力学模型,运用CA理论建立的城市发展动态模型已是地理信息领域的研究热点,但绝大多数对城市发展的研究集中在城市土地利用的地理信息特征上,本文从城市规划的角度,在城市空间维度因子基础上加入了自然环境、经济、社会、文化等多维度的影响因子,在ArcGIS平台上利用Avenue二次开发语言,建立了城市多因子综合作用的MFCA城市动态模型,确定了模型的参数,并设计了可选的模型转换规则。该模型可用于对城市空间发展的历史评估和仿真预测,是对现有城市元胞动态模型体系的有益补充。针对成都大都市城市空间发展规划问题,本文利用成都城市发展的历史数据对MFCA模型参数进行了校准,并对成都1980年、1994年和2013年的城市发展状态进行了仿真对比,进一步确认了模型的可用性和可靠性。在此基础上,对成都大都市空间发展的未来状况进行了仿真预测,指出了成都大都市未来空间发展的特征,可作为成都市城市发展规划的有益参考。