城市扩张对城市的经济、社会、健康和产生重要的影响,城市的过度扩张所导致的城市蔓延更会影响城市的可持续发展系统,城市蔓延区的识别是城市空间结构研究的重要内容。随着大数据环境的发展,越来越多的研究倾向于使用更为复杂和多样的变量来识别城市蔓延,但其结果仍然存在不确定性。本研究立足于芝加哥学派城市空间结构模式和城市经济学密度衰减模式的解读,归纳出基于栅格人口密度分布的四种城市扩张模式,总结不同城市区域在人口密度和局部空间密度均衡性的聚类特征,提出以人口密度和局部均衡性对城市空间单元聚类以识别城市扩张模式和蔓延区域的设想。研究基于移动搜索法、摩尔邻域和香农熵构造了局部空间熵方法以计算局部空间均衡性,通过K-means聚类对案例城市栅格人口数据和局部空间熵进行聚类。实验结果验证了以单一栅格人口密度识别城市扩张模式的设想,城市蔓延可由人口密度和其局部的均衡度进行识别。