城市空间研究是城市研究的一个重要方面,是城市规划的理论基础,目前已成为城市规划研究的热点之一。作为城市化的一个结果,城市空间扩展明确地反映了城市化过程,在宏观上它是城市用地规模的扩大、城市外部轮廓的扩展,而在微观上就是不同类型、不同性质的非建设用地向城市建设用地的转化。那么如何科学的解释并直观的呈现这种过程和变化,定性且定量的表述这一过程,则是目前的研究所要处理的。随着空间信息技术的不断发展,利用遥感、GIS技术及系统理论来建立城市数学模型,分析城市扩展的规律,预测城市发展的方向和趋势也是切实可行的。本文首先对城市扩展一般过程以及研究中所用到的理论、方法和模型加以论述,以此作为实践研究的理论基础。其次,在对南京的城市空间扩展进行实例研究过程中,尝试以多时相遥感影像资料和与之相对应的社会经济统计数据为基本数据源,提取不同年份城市建设用地信息,从扩展规模、扩展强度的变化及扩展的各向异性等角度入手探索城市空间扩展的时空特征和规律,得出南京城市空间扩展的非均衡性、轴向性特点,并从自然地理环境、经济社会条件、交通建设及政策规划等方面分析了影响扩展的内在机制：第三,在研究一般城市扩展模型构建的基础上,引入能够模拟具有复杂时空特征的地理系统的元胞自动机模型,侧重于从模型实际应用的角度出发,对经典CA模型加以扩展,在转换规则的计算上引入了地理加权(GWR)思想,对城市空间扩展进行模拟预测,并同传统的二次logistic回归分析结果加以对照。结果显示,二次logistic回归、地理加权回归分别与CA结合模拟的城市元胞状态转化结果与实际结果都有较高的相似性,但后者的模拟更细致真实,这也充分说明了GWR模型在模拟精度和影响因子的空间表征上均比logistic回归有明显的改善。