以中国部分城市为实证对象,借助分形理论和细胞自动机模拟技术,探讨城市空间结构形成与演化的复杂行为,揭示城市作为复杂巨系统的简单演化规则,发展城市结构的复杂性理论。主要研究内容包括城市形态与城市体系空间形态的相似性和数理关系,城市分形结构及其标度定律,城市空间组织及其演化规律,城市功能的空间分异,城市演化的空间吸引子,城市的异速生长,城市结构与城市演化过程的内在关系、城市内在的对称性质与对称破缺等。
城市结构的空间复杂性研究是目前城市地理学理论研究的前沿领域。本项目以中国部分城市为实证对象,借助分形理论、自组织理论等复杂性理论,探讨城市空间结构形成与演化的复杂行为,揭示了城市作为复杂巨系统的特征与简单演化规则,发展了城市结构复杂性的相关理论。主要理论成果集中在城市形态、空间结构、异速增长和城市演化四个方面,包括城市结构空间复杂性产生的原因与解决方案、城市系统自组织的定量判剧、城市人口分布的非线性自相关与局域性特征、城市演化的时空对称性等等。本项目通过理论假设和数学推导发展了大量的城市系统数学模型,并且给出了相应的分析范例,基于模型和范例提出了一系列的新概念、新原理和新理论,研究成果还包括方法的总结与哲学思想的升华。这些成果完善了城市结构的空间复杂性理论;在实践上为地理空间优化提供了方法和模型,为未来的城市规划提供了理论指导。