莆田市位于海西经济区福建省沿海福(州)-厦(门)黄金海岸线中部,自古是闽中的政治、经济、文化中心,近年来随着城市发展用地扩张明显。将其作为研究对象有助于认识和理解短流域海积平原地区城市扩张的基本规律,推动城市扩张的模型研究,为理性的城市发展、合理的城市空间规划与布局,以及城市可持续的、协调的发展政策制定提供建设性参考。本文充分运用基础地质调查资料、遥感资料,以地理信息系统和遥感多学科基本理论为指导,基于支持向量机(Support Vector Machine,简称SVM)改进了元胞自动机(Cellular Automata,简称CA)模型,模拟了莆田市城市扩张的过程,研究及其与地貌、地形、地质工程条件、土地覆盖变化、人口演化与城市用地扩张之间的关系,探讨城市扩张规律,并分析了影响城市扩张的驱动因素。如何利用局部的非线性转换规则,将自下而上的CA模型与支持向量机相互耦合以进一步提高城市扩张复杂系统的表达能力,是本论文构建CA-SVM模拟模型必须研究的关键问题。作为CA模型的核心,定义合理的转换规则是元胞自动机CA模型能否成功的关键。选择影响城市用地变化的变量,将其作为支持向量机的输入,随后的输出分别与城市用地和非城市用地的转换概率相对应,确定城市CA的非线性转换规则,计算得出各区域空间变量对每个元胞的城市发展概率的贡献。前期工作中通过openness可视化参数获取的沿海地区二维地形地貌表明莆田市处于沿海盆地,根据计算流域盆地的面积-高程积分(HI值)和形成的剖面图表明,穿过莆田市区的长乐-诏安断裂带附近HI值范围在0.4-0.5之间,最高值可达0.48,与其它内陆断裂带HI值(0.2-0.3)相比呈明显的高峰值,反映了该断裂仍存在一定的新构造活动,其两侧差异隆升作用对断裂沿线地貌影响显著。在构建城市扩张模型过程中应考虑地貌格局对城市扩张模型的制约性,才能达到更好地模拟结果。引入基于支持向量机后构建的元胞自动机城市扩张模型(CA-SVM),模拟了莆田市1988-2014年的城市发展,取得了较理想的模拟效果。对模型模拟的精度进行检验采用逐点对比和总体形态评价两种方法进行。1997年模拟的逐点对比总体精度达到85.01%,2002年模拟的逐点对比总体精度达到83.93%,2014年模拟的逐点对比总体精度达到84.58%。相比传统CA模型城市用地转变82.49%的正确率,CA-SVM模型在模拟城市用地扩张方面更具优势,城市用地转变正确率达到了86.58%,能更好地模拟城市土地利用这一复杂系统的动态变化。对莆田市近年城市扩张规模和空间格局的变化特征进行了分析,结果表明:(1)城市用地规模与扩展速度的阶段性特征明显,城镇用地空间增长也有较强的阶段性特点。第一阶段为1988-1997年,在这9年期间,城镇用地扩张增长的速度与强度均保持在相对较低的水平;第二阶段为1997-2002年,与第一阶段相比城镇用地增长的速度提升,但却保持在相对稳定的水平,扩张强度指数的提高也比较显著;第三阶段为2002-2014年,无论是从扩张速率度还是扩张强度指数上看,城镇用地都处于高速增长阶段的,并且增长速度还有不断提升的态势。(2)城市用地分布的中心从大多沿交通要道进行扩张,并且与城市所处区域的地形地貌、地质工程条件息息相关。(3)对驱动力分析结果表明,在自然地理条件适宜城市发展的前提下,社会经济因素对城市扩张起决定性作用。自然地理因素主要包括地形、地貌、气候、土壤、植被和水文等,是城市建设用地扩展的基础条件,作为人类的生存环境,不仅通过影响人口的分布对城市的形成和发展具有重要影响,也决定了城市扩张的总体趋势;经济的高速发展、人口的增长和产业结构调整是城市空间扩张最主要、最直接的动力。论文的创新之处在于:(1)利用历史遥感数据校正超平面的决策函数,确定城市CA的非线性转换规则,是采用非线性分类的支持向量机定义了CA非线性转换规则的方法,建立了基于支持向量机的元胞自动机城市扩张模拟模型。计算出城市发展概率。(2)与以往主要从政策的控制、经济发展的推动方面来考虑城市扩张的驱动因素不同,本文则更多地从地质背景条件、自然地理等驱动因素来讨论城市用地扩张的驱动力。地质、地形地貌、水资源和工程地质条件是城市扩张的物质基础和限制因素。因此必须考虑地自然驱动因素对城市未来扩张规划的适宜性。将自然因素与社会要素(城市人口增长、社会经济发展、产业结构调整和重要的政策定位)综合考虑才能更好都建立城市发展的动力学模型。(3)莆田市城市发展存在阶段性特征、城市用地分布的中心呈现点-轴模式,受制于区域的地形地貌、地质工程条件。