城市空间结构研究,是城市地理学、城市规划学、建筑学为主的众多学科的研究对象。自上个世纪以来我国城市化速度不断加快,目前正处于各种城市问题的高发期,这就对我国城市空间结构研究提出了更高的要求。城市空间结构研究应不断的集成城市规划学、城市地理学等相关学科的理论与研究方法；要改变过去偏于抽象和推测分析,研究应注意实证性、宏观性、前瞻性、科学性、实用性。城市空间结构的定量空间分析与模拟预测就是一个应该注意的问题。本文在众多国内外相关研究的基础上,基于3S(GIS、RS、GPS)技术,以空间分析、定量分析为基础,结合定性分析综合研究了延吉市改革开放以来的城市空间结构演化特征,并对城市空间扩展进行了预测。本文首次将ESDA (Exploratory Space Data Analysis)技术应用于城市内部空间结构的研究中。它可用来分析研究城市空间结构的空间分布状况,探索分析其整体与局部的集聚区、热点地区等。这为城市规划的前期分析论证提供了非常有用的工具,为城市规划方案的设计提供了直观的空间分析工具。本文还首次将基于不等时距的灰色预测模型嵌入元胞自动机模型(CA)中,构建一个了耦合GIS、人工神经网路(ANN)、CA、灰色系统的灰色城市空间演化模型(灰色-USEM)。该模型考虑到了影响城市扩展的诸多因素,充分利用人工神经网络大大简化了转化规则。本文采用了ESDA技术、圈层分析法,分析了1999-2009年延吉市城市内部空间结构的历史演化特征。本文还运用了“等扇分析法”,分析了1976-2009年延吉市城市空间扩展过程。通过运用ESDA分析技术,分析发现：城市“退二进三”任务已基本完成,第三产业向市中心不断推进、范围不断扩大；绿地呈均匀化扩散的特征、集聚区多极化；城市功能格局较为明显,城市功能分区已逐步确立,北部正逐步形成一个生活区,西部教育文卫中心也已形成,东部工业区已基本形成。通过运用圈层分析法分析得出：公共设施用地向城市外围扩张的最多,而绿地在市中心逐渐减少；居住用地在城市外围增加较多；从四大类用地的集中指数来看,居住用地增加最快,绿地下降最多。通过运用“等扇分析法”,分析得出：城市形态已由团块状转变为星状,城市空间扩展主要沿“布尔哈通河”与“烟集河”东西北三个条带扩展,这三个条带扩展强度较高；2001-2009年间,城市空间在各方向的扩展差异减小,改变了以往过分集中于少数几个方向的状况。本文采用不等时距的灰色预测方法和灰色-USEM模型,预测了延吉市2010-2020年城市空间扩展状况。未来延吉市城市形态面积将达到122.6平方公里,仍将保持快速扩展趋势,且扩展数量较大；城市扩展将仍沿着东、西、北三个方向,但主要集中在北部和东部。城市扩展将会呈现出：低速的蔓延填充式扩展转变为跳跃式的快速扩展模式,南部、西北部将会出现许多条带间隔,且延吉市东部也会出现少量的跳跃地块。通过对延吉市城市空间结构的演化分析与城市空间扩展模拟预测研究,笔者结合世界城市发展的规律、我国城市的发展特殊规律和延吉市实际,得出了今后延吉市空间结构的优化目标应该确定为：适应未来信息社会的要求；以生态城市为目标,顺应生态化的要求；构建可持续发展的城市空间结构与形态。延吉市今后应该充分发挥政策与城市规划的引导作用,保护生态环境,确保延吉市生态安全,以解决城市过快蔓延、城市紧凑度不够、城市用地布局不合理、未来机场附近大面积扩展等问题。