随着社会生产力的发展，土地利用类型结构和布局趋向复杂化。在一定区域内，为达到土地利用系统一定的生态、经济和社会效益最优目标，对土地利用结构进行优化研究，实现土地资源的可持续利用，成为土地科学特别是土地利用学迫切需要解决的课题。探讨土地利用结构在空间和时间上的合理配置，必须求助于系统优化的方法。在规划过程中，系统优化方法其实就是以数学模型为主要手段的定量分析过程。目前在规划手段中大量采用模型优化方法是现代土地利用规划学科发展的趋势之一。土地利用结构与布局优化是新一轮土地利用总体规划修编重点研究的前沿和热点问题。本文从系统角度，以耕地保护优先论、城市用地发展控制论、多目标协调论、地域分异论、区位论和持续发展思想等为指导，构建土地利用优化模型系统，着眼于区域土地利用数量结构、空间结构和时空动态结构系统分析，采用一系列指数结合定性方法进行研究，在此基础上，引入生态绿当量，构建生态效益目标函数，运用多目标规划模型，探寻土地利用的最优结构，应用聚类分析和GIS空间分析相结合的方法进行土地利用分区，并以卢龙县为研究区作了实证研究。主要得出以下结论：(1)在对土地利用结构与布局优化的相关概念和基础理论探讨的基础上，应用系统论思想，构建了分析、诊断、优化模型群，即土地利用优化模型系统，包括土地利用现状分析模块、土地利用问题诊断模块、土地利用结构优化模块和土地利用分区模块，为土地利用结构与布局优化提供科学、可行的工具与手段。(2)采用吉布斯一马丁多样化指数、罗伦兹曲线、威弗一托马斯组合系数、分离度指数、分形指数、散布与并列指数和动态度指数等一系列指数，从土地利用结构的数量、空间和动态变化等几方面进行深入分析。结果表明，耕地、未利用地比重过大，林地比重小，建设用地尤其是工矿用地布局分散，不利于集约经营，土地利用率偏低，土地利用结构不合理。(3)依据卢龙县国民经济和社会发展的“十一五”总体规划，按照土地利用结构优化模型设计流程，设计了经济和生态2个目标函数，13个决策变量和15个约束条件，建立了卢龙县多目标线形规划模型。在生态效益目标函数的构建中，引入了绿当量，提高了模型的科学性、合理性。优化后的土地利用结构最大经济收益可以达到74.34亿元，与2003年相比，增加了1.15倍。生态环境明显改善，与森林覆盖率达到48％时所发挥的生态效益相当。(4)以卢龙县为研究区，在聚类分析的基础上，利用GIS空间分析进行修正，并结合实际适当调整，最后确定了六个土地利用区。在分析各区特点的基础上，确定了土地利用的合理方向，以提高土地的利用率，保持土地利用的可持续性。