城市空间形态的形成与演化往往是由于城市功能空间的异质结构及其空间增长的各向异性所导致的。所以，对于城市外部及内部空间形态特征的分析实质上是对各类城市功能用地的空间分异现象的揭示。但是，城市空间形态形成和演化的动力是由于空间梯度的存在，城市构成要素的空间异质是形成空间梯度的基础。对于一个城市空间系统而言，它之所以能持续不断地演化，表现出如此复杂多样的形态特征，其根本动力就在于存在空间梯度的作用。
空间梯度在地理信息技术中是通过变量的空间插值计算，以空间密度的形式来实现可视化的。城市功能用地的密度分布直接揭示了各类城市功能要素的梯度分布状态，进而反映了其空间集聚与扩散的趋势。城市人口密度的空间分布及其变化更是诠释城市空间形态与城市内部结构模式的一个极其重要的方面（冯健等，2002a）。如行为学家哈格斯特兰德（T．Hagerstrand）提出的行为扩散理论，通过研究人群集聚与扩散的迁移行为来解释城市空间形态的演化；集群心理学家G．列朋和G．塔尔穗的研究表明，社会结构内部矛盾越大，阶层与阶层之间的关系越紧张，越易产生集群行为，反之则倾向于分散，因此也就造成了空间形态上的聚散（张宇星，1998）。其次，作为城市发展中最积极的因素之一，人口的数量、流动和空间分布的变化引导了城市的形态、结构和功能的变化，对城市的可持续发展有深刻的影响（彭再德等，1998）。人口的空间运动影响城市空间形态及其土地利用结构，城市空间形态和土地利用结构又可反映城市人口的空间运动规律（Lee，1989），两者之间存在相互影响、相互作用的机制。因此，城市空间形态的演化过程，在一定意义上也就是城市中人和地非线性的相关过程（冯健，2003）。
本章首先运用GIS的空间分析功能，对合肥市1978年、1991年、2000年和2004年四个典型时期的居住用地、工业用地和公共设施用地等面积进行空间插值，形成功能用地的面积密度分布图，分析其空间集聚与扩散的演化特征；然后再基于相应时期的城市户籍人口数据，并结合其他人口统计资料，对合肥城市人口密度模型进行拟合，在此基础上分析合肥人口空间分布、人口密度梯度特征及其变化过程，揭示人口空间分布形态及其变化趋势，具体研究思路及技术路线如图5－1所示。
图5-1 基于空间梯度的城市空间形态分析流程
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