城市是一个典型的动态空间复杂系统，具有开放性、动态性、自组织性、平衡性等耗散特征。城市的发展变化受到自然、社会、经济、文化、政治、法律等多种因素的影响，因而其行为过程具有高度的复杂性。城市空间动态模型由地理学引入城市生态学研究领域，将会促使城市生态学研究领域积极应对城市行为过程高度的复杂性，由定性分析转向定量分析。　　 本研究利用已有的地理信息系统框架，将人工神经网络和人工神经网络结合起来，构建了基于人工神经网络的约束型城市CA扩展模型(ANN-URBAN-CA)，用以预测未来的城市土地利用变化。土地利用变化的驱动因子涉及多方面，包括社会的、政治的以及环境的等等。本研究以北京东部平原区为案例，构建了三种城市增长模式，分析不同城市增长模式对京东地区未来发展的经济和生态影响：现状土地利用趋势外推的大饼东摊模式；土地总量和结构严格控制的刚性增长模式；基于土地复合生态服务功能的精明增长模式。在宏观水平的调控行为和微观水平的自组织行为之间的一个适当尺度上，地理信息系统被用来表达城市土地利用转换的驱动力和效果图景，人工神经网络被用来学习城市土地利用转换的规则以及验证规则的准确性。这种方法利用社会经济数据和地理空间数据来模拟北京东部平原区未来50年的城市增长。以2024年模拟出来的图景为基准，本研究比较了三种情景之下的复合生态功效，包括自然生态功效、社会生态功效、经济利益功效。三种规划模式中，现状土地利用趋势外推的大饼东摊模式的复合生态功效最低。它虽然具有最大的经济功效，但其自然生态功效和社会生态功效在三者中处于最低；土地总量和结构严格控制的刚性城市增长模式的复合生态功效居中，它虽然具有较好的自然生态功效和社会服务功效，但其经济效益在三者中处于最低；基于土地复合生态服务功能的精明增长模式兼顾了土地的集约利用和生态边缘效应的充分发挥，土地的社会、经济、自然服务功效形成了良性组合，在强化自然生态服务功能的基础上，具有较强的社会服务功效和经济效益功效，其复合生态功效最高，实现了三个功效的良好组合。　　 研究成果可以得出两个结论，一是该模型可以在一定程度上反映城市扩展演变的基本特征和规律，并适合于模拟复杂的土地利用变化；二是基于复合生态功效的城市发展模式，利用公共交通廊道构成主轴线，近主轴线集约用地，远主轴线严格控制建设用地，将是具有高速城市化特征地区的城市发展之路。