城市空间结构和居住空间格局是城市形态学研究和城市地理学研究的集中体现。城市居住空间形态的研究在理解城市规划管理方面是非常有必要性的。城市居住空间在不同的空间尺度和维度上所表现出来的形态特征,给城市建模带来了重大的挑战。城市居住空间格局研究探索城市居住空间的空间结构和分布格局,根据城市居住空间的局部开发模式和整体空间格局展示城市扩张、土地利用变化的自然规律。城市居住形态学研究基于城市居住空间的社会特征、经济特征、物质建筑特征等的城市格局,反映城市居住空间的物质空间要素与城市社会文化要素和生态要素的耦合关系和时空演变规律。本文主要致力于武汉市居住空间三维测度和地域空间分异研究。第一章主要阐述了选题意义和选题背景、国内外综述、研究区、研究思路和技术路线。第二章对居住空间形态与空间分异研究的理论及本文选用的空间分析技术方法作了详细的阐述。第三章探索居住空间分异特征。第四章详述城市居住空间形态的变化及影响因子分析的相关内容。针对高层住宅建筑的空间分布格局,分析城市居住空间分异特征。本章的模型比较分析则是为下文的三维空间模拟提供最优空间模型。第五章主要进行基于多因子评价的居住空间控制分区的研究。第六章阐述本文的主要结论、创新点、研究不足与展望。根据本文的实证研究,具有以下成果和贡献。(1)构建特征值指标体系来刻画居住空间形态本文综合运用多种空间分析技术,结合应用空间分析技术和空间回归模拟方法,并对这些方法进行了一定的改进和创新。在运用空间分析技术刻画空间形态时,不仅仅选取多类特征值空间指标,还基于影响因子的外部作用进行空间分异特征分析,将指标与形态的分异特征和空间变化准确对应,从多尺度多维度完整地刻画了的居住空间形态。特征值指标体系主要利用一系列的空间指标来衡量居住空间的极值特征、均值特征、起伏特征、容量特征、密度特征和结构特征,同时,选取合适的计算方法和趋势面插值方法,形象地刻画居住空间形态。(2)多尺度多维度的居住空间分异特征分析分析不同尺度的空间分异特征,空间尺度包括：行政区分区、环线分区、象限分区、和宗地单元分区。重点分析基于宗地单元尺度的居住空间的极值特征、均值特征、起伏特征、容量特征、密度特征和结构特征,利用不同三维地形特征的描述方式来评估居住空间形态。同时,探索不同影响因素的外部影响所造成的居住空间分异规律。绘制不同的空间特征随影响因子的差异而造成的空间变化曲线,形象刻画居住空间在微观角度所呈现出来的空间分异特征。(3)基于空间模型的居住空间分异特征与演变规律的分析本文综合运用多种回归模拟方法,根据ROC曲线和赤池信息量准则(AIC)评估各空间回归模型的空间模拟能力,同时,依据残差自相关曲线来比较各空间回归模型处理空间异质性的能力,发现最优空间模型为GFM-autologistic model,其ROC(0.889)最大,AIC(482.487)最小。GFM-autologistic model在经典的logistic模型上做了两个明显的改进：首先,运用地理场模型(Geographic Field Model)评估开敞空间和其他城市基础设施要素的外部影响作用力；其次,模型纳入基于反距离权重计算的空间自相关变量,解释空间自相关的影响从而提高模型的预测精度。同时,筛选出影响高层住宅分布规律的显著性因子：城市经济中心、城市主干道、城市广场、城市湖泊、长江、中学和基准地价,以及城市历史文化名城规划和城市景观特色规划。GFM-autologistic model的研究提供了一种更加可靠的空间回归模型,为今后的模型改进提供了参考角度和改进方向。(4)基于多因子评价的城市居住空间控制分区运用多因子评价技术,制定完整的影响因子和修正因子体系,同时,明确各因子的作用机制,选取合适的评估单元,从而准确划分高层开发的潜力分区。本文基于网络爬虫关键技术、高分辨率遥感影像与航片的建筑物变化监测,以及城市地籍实地调查数据,提取2010-2015年出现的住宅建筑以及规划将要建造的住宅建筑的建筑高度和空间分布,为潜力分区和控制分区提供数据基础。根据这些高度控制分区形成五个具体的城市高层分区规划：高层禁建区、高层严格控制区、高层一般控制区、高层适度发展区、高层集聚鼓励区。同时,依据分级与分区控制、弹性控制与刚性控制相结合的布局思想,提出居住空间分区控制和布局。