城市空间形态演变和城市土地利用变化历程是城市发展过程中空间布局和用地结构变化的集中反映,对城市形态和土地利用变化进行分析能够反映城市内部的重要地理要素的变化情况。城市作为复杂的巨系统,一般的几何方法很难全面客观的描述其形态特征。分形几何学为解决复杂的城市空间形态问题提供了理论支持,城市土地利用形态所呈现的自相似性,也为运用分形方法解决城市土地利用问题提供了可能。昆明市作为典型的西南高原型城市,是一种值得深入研究的城市类型,利用分形理论和景观生态学的相关理论进行分析,可以拨开被复杂外表覆盖的城市内外部空间形态,揭示其内在演变特征和规律。文章在城市形态和土地利用结构已有研究的基础上,基于ArcGIS平台对2002、2009、2017年昆明三个时期的遥感影像进行人机交互解译得到居住、公共管理与公共服务、工业物流仓储、商业、绿地与广场的5类土地利用类型的矢量图和栅格图集;以解译成果为基础,对昆明三个时期下的城市形态进行分形研究,采用盒维数对城市边界进行分析,揭示空间形态演化特征;运用盒维数、半径维数分析不同时期下城市功能用地的分形状态,同时借助景观生态学中的景观格局指数对功能用地的空间布局情况进行分析,揭示昆明发展进程中土地利用的空间形态演变规律;最后,基于上述成果,分析昆明城市总体发展形态和土地利用分类空间形态分形特征的演化机理及动力机制,结合相关城市空间形态理论对城市的可持续发展提出思考。得到的结论如下:1.利用分形模型对高原城市形态和土地利用格局进行研究是可行的。本文通过对昆明市进行实证研究,研究结果符合分形负幂律,这充分证明分形模型在高原型城市的形态研究方面也是切实可行的。2.昆明市城市形态与土地利用格局的演变规律符合分维包容原理。研究中昆明城市形态具有分形特征,表现出明显的自相似性和自组织优化趋势。城市边界和城市内部土地利用结构的分维数变化表现出昆明城市总体和局部、外部和内部都在“有序”和“混沌”状态下螺旋式上升发展。三期城市整体空间形态测算的分维值均大于各类职能用地的分维值,符合城市形态的分维包容原理。3.昆明市城市形态逐步有序化,但仍未达到合理城市形态。利用分形理论中盒维数对昆明市城市边界进行分维测算,结合昆明市近15年的发展历程,综合全面地分析了昆明市城市形态的分形特征,盒维数三年的变化为1.6186-1.7709-1.8486,这表明昆明城市边界逐渐复杂、不规则化,但仍未到达合理的城市形态1.7。4.昆明市城市内部土地具有分形特征,不同类型土地的团聚程度逐渐降低,斑块均衡化分布趋势增强。利用分形理论中的盒维数和半径维数对昆明市城市土地利用格局的时空演变进行分析,结果表明:五类城市功能用地中,居住用地的盒维数一直处于较高水平,且呈现逐步先增大后减小的趋势,这说明在政府的统一规划下,居住用地的空隙被不断填满,表现为紧凑的空间布局。商业用地、公共用地、绿地在空间分布上表现出增加的趋势,但由于地类内部的联系不紧密,盒维数较低,说明这三个时期的地类处于无序的混沌状态,松散未成规模。通过对几种地类的半径维数进行分析可知,昆明市土地利用密度衰减速度依次为商业用地、居住用地、绿地、公共用地、工业用地,商业用地多集中在城市中心,工业用地多集中在城市外围。在景观生态学的理论基础上,从斑块类型水平和景观水平两个层次选取景观格局指数对城市土地利用格局进行研究。结果表明各类用地随着时间的推移破碎化程度提高,斑块的形状日趋复杂,不同类型的功能用地的团聚程度较低,景观均匀度也就是面积分布更为均衡。5.昆明市城市形态与土地利用格局的演变历程受多方因素影响。受到区域自然地理条件、经济发展的政策导向、产业布局结构和基本交通设施等多方面因素影响,昆明市城市外部形态日益复杂、不规则化,城市内部土地利用也逐渐有序,处于较好的发展态势。但城市发展依旧面临着建设用地不足的制约,今后在城市发展中应注意将城市特色、产业转型、人地协调相结合,调整不合理的用地结构,优化现有的用地布局,使城市可持续发展。