Detta kandidatarbete avser en kombination av utredande arbete och gestaltande förslag. Det utredande arbetet syftar till att analysera stadsrummets strukturella samt lokala förutsättningar för framgångsrika lokaler i gatuplan. Den analyserande delen utgår från kvalitativ platsanalys och kvantitativ analys av empiriskt material (Chalmers ARK 325) från fyra utvalda områden i Göteborg. Analyserna sammanställs i form av strategier för att vägleda framtida planering genom stadsrummets förutsättningar för lokaler i gatuplan. Utifrån den sammantagna analysen tas ett antal strategier fram som visar på nödvändiga förutsättningar och föredömliga lösningar för hur lokaler i gatuplan kan bli framgångsrika, som slutligen appliceras i två gestaltningsförslag. Arbetet har utgångspunkt i place studies som utgör den teoretiska nivån där metoder och teorier analyseras inom ramen för urbanmorfologi och Space Syntax-metod

Appréhender l’organisation spatiale d’un territoire urbain ou périurbain génère un vaste champ de questionnements concernant la distribution et les propriétés du bâti, du parcellaire et des voies de circulation, et les interrelations de cet ensemble d’objets géographiques avec les usages de la cité. Cette thèse a pour objectif de proposer un modèle de représentation et de quantifier la structuration d’un tel espace afin de mieux en appréhender les usages. Cette démarche de modélisation repose sur la caractérisation des relations spatiales existantes entre les éléments remarquables identifiés. Afin de prendre en compte les entités d’un tel territoire et les relations spatiales qui les caractérisent, nous caractérisons un modèle de graphe où les noeuds représentent respectivement les bâtiments, les parcelles, et les routes, et les arcs correspondent aux relations topologiques de connexion, adjacence ou intersection, de ces éléments. Afin de quantifier les propriétés d’un territoire, une mesure de centralité du bâti, une mesure de connectivité locale du bâti, une mesure de densité du bâti et une mesure de la compacité du réseau de circulation sont proposées et formalisées. Ces mesures sont adaptables aux contextes ruraux, périurbains et urbains grâce aux paramètres permettant d’ajuster l’échelle d’observation et d’analyse. Le modèle et les mesures proposés sont implémentés dans le Système de Gestion de Bases de Données relationnel PostgreSQL avec prise en compte de l’extension spatiale PostGIS pour des applications grand public. L’application sur un cas d’étude, la commune de Guissény, tend à rendre opérationnel le modèle de graphe proposé et permet d’examiner les capacités d’analyse de la structuration spatiale de chaque mesure identifiée. / Understanding the spatial organization of a given territory generates a wide range of urban planning and research issues such as the distribution and properties of buildings, parcels and roads, and the relevance of it in terms of uses. The research developed by this thesis model the structuring of space, this being one of the first steps towards a better characterization, study, interpretation and simulation of the evolution of such objects.The structuring of space relies on the characterization of the spatial relationships between remarkable elements: buildings, parcels and road networks. Since existing models do not combine these elements, this thesis proposes a graph model that integrates all of them. The nodes represent buildings, parcels, and roads respectively, and the arcs correspond to the topological connection relationships, adjacency or intersection, of these elements.In order to quantify the properties that emerges from a given territory, a building centrality measure, a building local connectivity measure, a building density measure and a road network compactness measure have been proposed and formalized. These measures adapt to the rural, peri-urban and urban contexts thanks to the parameters that allow to adjust, scale of observation, and analysis. The model and measures proposed are implemented in the relational database management system PostgreSQL with PostGIS extension. The application on a case study, the village of Guisseny, makes the proposed graph model operational and allows to examine the spatial structuring analytical capacities of each measure.

The aim of this thesis is to investigate how parametrization of large-scale person movement data can contribute to describing the use of urban space. Given anonymous coordinate and timestamp data from a sensor observing an open-air mall, movement-based parameters are selected according to public life studies, behavioral mapping, and space syntax tools. The thesis aim is operationalized by answering how well the parametrizations perform in capturing urban space use, as well as investigating how the use is described when applying the parameterized data in selected urban space use tools. Also, the parameterized data are evaluated as time series to investigate possible further understanding of urban space use. The parametrization performance is evaluated by accuracy and F1-score and time series forecasts are evaluated by root mean square error (RMSE) and mean absolute error (MAE). The results indicate a parametrization accuracy of 93% or higher, while a high yet fluctuating F1 -score indicates that the parameterizations might be sensitive to imbalanced data, and that accuracy alone might not be sufficient when evaluating urban data. The parameterized data applied in the selected urban space use tools highlights the granularity achieved from sensor-based data. In the time series analysis, a Facebook Prophet forecast model is implemented, with an MAE of 8.6% and RMSE of 11.7%, outperforming a seasonal naïve forecast implementation with an MAE of 14.1% and RMSE of 18.8%. The thesis finds that time series modelling adds to understanding patterns and changes of use over time and that the approach could be developed further in future studies. In answering how the urban space is used, the thesis develops a new methodology. This methodology combines human-scale understanding of urban space use with large-scale data, generating citizen passive feedback. / Vikten av att förstå hur en plats, eller ett stadsrum, faktiskt används härstammar ur det faktum att användningen ofta avviker från vad som var planerat. Genom en utökad förståelse för användningen av en plats går det exempelvis att anpassa platsens utformning efter faktisk användning. För att uppnå denna djupare förståelse finns flera olika tillvägagångssätt. Ett sätt är att använda de analoga teorier och verktyg som under lång tid har utvecklats av arkitekter och stadsplanerare, med avsikt att förstå sig på människors beteenden i olika stadsrum. Dessa urbana analysverktyg innefattar exempelvis ramverk för att kartlägga människors aktivitet. Ett annat sätt är att analysera stora datamängder för att utvinna generella rörelsemönster eller detaljerade trender. I denna uppsats presenteras en metod som kombinerar dessa två tillvägagångssätt i syfte att väva in de analoga teoriernas mänskliga utgångspunkt med de möjligheter som uppstår vid analys av stora datamängder. Genom att utveckla algoritmer kan rörelse-baserad information utvinnas, eller parametriseras, ur data från människors rörelse. Metoden innebär i kontexten av denna studie således en parametrisering av rörelse-data från en sensor uppsatt på shoppinggatan Kompassen i Göteborg. Urvalet av parametriseringar har baserats på de urbana analysverktygen. Detta sammanfattas i studiens övergripande syfte: att undersöka hur parametrisering av storskalig rörelsedata kan bidra till att förklara användningen av stadsrum. För att uppnå detta syfte besvaras tre frågeställningar. Först utvärderas hur väl det parametriserade rörelsedatat kan fånga upp användningen av stadsrum. Sedan undersöks hur användningen gestaltas genom att det parametriserade datat appliceras i utvalda urbana analysverktyg. Till sist analyseras datat som tidsserier i syfte att undersöka hur en förståelse över tid kan öka förståelsen för användningen av stadsrum. Genom att utgå från rörelsedata utvanns personers hastighet, startpunkt, och destination. Vidare parametriserades klasserna butiksinteraktion, grupptillhörighet, och stillastående i enlighet med de urbana analysverktygen. Vid utvärdering av dessa tre klasser visar studiens resultat att användningen av stadsrummet fångas upp till hög grad och uppnår åtminstone 93% i precision. Dock visar resultaten även att träffsäkerheten minskar ju mer obalanserat datat är. Detta innebär att ju lägre frekvent en klass är i datat desto svårare är den att fånga upp.    När det parametriserade datat används i de urbana analysverktygen, visar resultaten att det utvunna datat bidrar med en högre upplösning som kan bana väg för ny förståelse för hur stadsrum används. Den högre upplösningen möjliggör även för tidsserieanalys av det parametriserade datat. Resultaten pekar på en mer detaljerad förståelse för trender och användningen av stadsrummet över tid. Till exempel implementeras verktyget Facebook Prophet som i detta fall prognostiserar andelen med grupptillhörighet. För en prognos på två veckor uppnås ett genomsnittligt absolutfel på 8.6%, vilket anses vara ett träffsäkert resultat. På så sätt medför möjligheten att prognostisera användning och identifiera avvikelser från trender ett ytterligare bidrag till förståelsen för hur platsen används. Tidsserieanalysen uppvisar stor potential och tolkningar från såväl tidsserierna som prognosmodeller har utrymme att vidareutvecklas. I framtida studier bör även algoritmer för fler aktivitetsbaserade parametrar, till exempel sittande eller samtalande, utvecklas. Uppsatsens fokus kretsar kring att skapa förståelse för hur ett stadsrum används och lämnar således frågan varför åt framtida studier, där resultat från denna studie kan fungera som viktigt underlag. Studiens metod tillför ett mänskligt perspektiv till stora datamängder och bidrar på så sätt till ett bredare underlag för hur stadsrum används. Med utgångspunkt i urbana analysverktyg har insamlad sensordata parametriserats till viktiga rörelse-baserade klasser. Detta underlag motsvarar en passiv återkoppling från användarna av stadsrummet som därigenom förklarar hur en plats faktiskt används.

The natural streets model is a research prototype that has been shown to perform better than the conventional GIS-based streets segments for explaining traffic flow and human movement. However, given its experimental status, a gap in the literature was identified. Therefore, the aim of this thesis was to contribute to the literature by investigating the wider applications of natural streets and observe whether a city’s spatial configuration (or structure) is related to outcomes of human behaviour and activity. In this case, the two previously unstudied outcomes were chosen: crime and traffic accidents. Taking an exploratory approach, Stockholm was chosen as the case study. Using the space syntax methodology, the street segments and natural streets connectivity was used to analyse whether accessibility or ‘potential through movement’ is associated with crime and traffic accidents. Two study areas were generated: a primary study area consisting of six nested zones and a secondary study area with hot spots and cold spots for events of crime and traffic accidents. To observe the statistical association between connectivity and events of crime and traffic accidents for natural streets and street segments, a classical regression model was used. The regression analysis showed that natural streets perform significantly better than street segments as they are better able to explain events of crime and traffic accidents. However, more so for traffic accidents. Most importantly, the topological structure or scaling characteristics of natural streets served as a better indicator for measuring human phenomena. The implication of this is that it could potentially be used to further the understanding of human activities in the context of the urban environment.

In the first paper the effect of accessibility upon rent is investigated for office properties located in Downtown Stockholm. Starting from the firm’s cost minimization problem, a translog hedonic model is derived. The results suggest the model has good predictive power in explaining the variation in the log of the rent. A negative rent gradient is obtained with a base approximately 90 meters from the postulated focal point. It appears as if Space Syntax adds important information to the understanding of the intraurban office rent pattern. The second paper investigates assumed capitalisation rates in 3026 discounted cash flow valuations of office properties in Stockholm, Gothenburg and Malmö during the time period 1998-2004. The study investigates determinants of property-level variation in cap rates and how going in and exit cap rates relate to each other. Exit cap rates exhibit substantial variation across properties. Part of this cross-sectional variation can be attributed to the location of the property, part of it is due to other characteristics of the property. Exit cap rates are differentiated between properties of the same type on the same market segment, which shows that valuers apply property level fine-tuning when setting exit cap rates. Properties with low market rent and high long-run vacancy assumption typically have high exit cap rates. Properties in peripheral parts of a city typically have higher exit cap rates than properties in central parts. The implicitly assumed going-in cap rate (defined as assumed net operating income year one divided by estimated market value) follows a similar pattern as the exit cap rate but exhibits more temporary, property-specific variation. Going-in cap rates are strongly influenced by temporary deviations of vacancy rates and rents from assumed “normal” levels of vacancy and rent. The difference between going-in and exit cap rates is influenced by assumed short-run growth in net operating income in the way stipulated by theory: high assumed short-run growth is associated with going-in cap rates being lower than exit cap rates. / QC 20101115

Le paysage urbain contemporain tunisien, caractérisé par une forte hétérogénéité paysagère s’interroge quant aux facteurs de son émergence. La ville de Monastir en constitue un bon exemple d’analyse des transformations urbaines. Elle se caractérise, notamment, par un taux d’urbanisation élevée de 100% et une croissance différentielle dans le temps et dans l’espace. Cette recherche s’intègre dans les domaines de l’architecture, de l’urbanisme, de la syntaxe spatiale et de la planification territoriale. Elle s’interroge sur l’évolution du paysage urbain de la commune de Monastir (de 1956 à 2013). Le but est de chercher des indicateurs de visibilité quant à la dynamique de la commune dans son contexte d’hétérogénéité morpho-fonctionnelle. Ce travail a entrepris une logique progressive d’appréhension de l’ensemble de l’environnement urbain et de sa continuité culturelle. La mise en place d’une approche globale de la structure spatiale de la commune de Monastir qui porte, d’une part, sur l’analyse diachronique, et d’autre part, sur l’analyse synchronique, a permis de dégager plusieurs faits de paysages urbains. Ils se matérialisent, notamment, par l’identification de la genèse des centralités diffuses associée à des formes non hiérarchisées socio-spatiales. Ces disparités phénoménologues urbaines nous ont conduit à adapter la syntaxe spatiale pour mieux cerner la réalité de l’environnement de la commune de Monastir dans sa totalité où la médiation paysagère y prédomine. / The contemporary Tunisian urban landscape, characterized by a strong heterogeneity, wonders about the factors of its emergence. The city of Monastir is an excellent example of the analysis of urban transformations. This city is characterized, especially, by a high urbanization rate of 100% and differential growth in time and space. This research lies into the fields of architecture, urbanism, space syntax and territorial planning. This work questions the evolution of the urban landscape of the municipality of Monastir from 1956 to 2013. An objective is to search for a series of visibility indices on the city dynamics in its context of morphofunctional heterogeneity. This work undertook a gradual logic of apprehension of the urban environment and its cultural continuity.The establishment of a global approach to the spatial structure of the municipality of Monastir, on the diachronic analysis, and on the synchronic analysis, respectively, allowed us to model several facts of urban landscapes. This materializes, in particular, by identifying the genesis of diffuse centralities associated with non-hierarchical socio-spatial forms. These urban phenomenologists’ disparities have led us to adapt current spatial syntax measures in order to provide a better understanding of the reality of the whole environment of the municipality of Monastir, and where the landscape mediation dominates.

Este trabalho tem como objetivo efetuar uma investigação acerca das repercussões morfológicas decorrentes do processo de construção e transformação do espaço urbano representado pelo crescimento urbano por extensão, ou seja, pelo acréscimo de novos loteamentos junto à estruturas urbanas preexistentes. A escala de análise das conseqüências do fenômeno investigado situa-se tanto em âmbito local, bem como de modo global de toda a estrutura urbana. Como objeto de estudo, será abordado o processo de formação territorial da cidade de Santa Maria – RS, verificando as alterações na estrutura urbana da cidade ao longo do tempo. Para tal operação investigativa, será empregado o instrumental de análise do ambiente construído disponibilizado pela Teoria da Sintaxe Espacial, na qual será possível realizar uma leitura do fenômeno do crescimento urbano sob o viés morfológico e verificar como as variáveis: localização, conectividade, layout do anexo e o porte das estruturas anexadas influem na abrangência e relevância do fenômeno no contexto urbano. / This work has as objective to make an investigation concerning the current morphologic repercussions of the construction process and transformation of the urban space represented by the urban growth by extension, that is to say, for the increment of new settlements close to structure it urban. The scale of analysis of the consequences of the investigated phenomenon locates so much in local ambit, as well as in global way of the whole urban structure. As study object, the process of territorial formation of Santa Maria's city will be approached - RS, verifying the alterations in the urban structure of the city along the time. For such an investigative operation, the instrumental of analysis of the atmosphere built available will be used by the Theory of the Space Syntax, in which will be possible to accomplish a reading of the phenomenon of the urban growth under the morphologic inclination and to verify as the variables: location, connectivity, layout of the annex and the load of the enclosed structures influence in the inclusion and relevance of the phenomenon in the urban context.

This dissertation investigates department stores as complex spatial and cultural buildings, in which values and ideas are expressed, negotiated, and produced. Situated in a cultural context commonly referred to as a society of consumption, where identity and social structures are worked out through consumption rather than production, the query turns to a specific act of consumption: that of shopping. More precisely, it investigates the role of space and spatial distribution in shopping. How space is distributed, arranged, or ordered allows for different possibilities in constructing categories from which the shoppers are to make a selection, and for how these categories can be related to one another, which informs the shoppers what belongs together, what is to be held apart, what is important, what is private, what is public, and what is of higher or lower status. It further supports, prevents, and promotes different routes and choices, giving different patterns of presence, publicity, privacy, purpose, etc. that not only affects the atmosphere of the spaces, but makes suggestions of what is found in them. These questions are investigated through a series of conceptual laboratories, each addressing the problem from different standpoints and focusing on different parts of the question: from how categories are constructed and given character, to how they form systems of values, how shoppers are trained in aesthetics of fashion, how relative degrees of presences are made use of, and how they appear influenced by spatial distribution. In this, the work shifts between qualitative and quantitative methods, each completing and evolving the other. It shows that to a remarkable degree, much of the emergent values and ideas can be understood through the filter of spatial configurations, and especially when treated as two systems: one of exposure and one of availability. As similar operations also affect patterns of movement and being, which enables them to also be related to publicity, privacy, and other social characters, the department stores can be understood as not only commercial spaces but as sites of negotiation of public culture. As such, both the analytic model and the more specific findings have important implications for architectural theory in general. / QC 20100803

Sammanfattning Under en relativt lång tid har det inom samhällsplaneringsdebatten framhållits vikten av att verka för en utveckling som tar oss från funktionsseparerade, segregerande och trafikalstrande stadsbyggnadsstrukturer till den funktionsblandade attraktiva staden som erbjuder närhet, jämlikhet och minskat biltransportbehov mellan dess väl sammanlänkade och integrerade stadsdelar och funktioner.  En tydligt rådande trend och utveckling inom stadsplanering är också den ökade fokuseringen på att hitta modeller och verktyg för att kunna bedöma och utvärdera stadsutvecklingsförslag ur holistiska hållbarhetsperspektiv, vilket bl.a. märks i utvecklandet av hållbarhetscertifieringsmetoder för stadsdelar samt krav som ställs på holistiska delanalyser och redovisningar i dessa. Hur problem, förutsättningar och innebörden av olika strukturella lösningar framställs kan ha en stor betydelse för vilken lösning som väljs samt hur väl den valda lösningen bidrar till en önskad stadsutveckling. I detta sammanhang kan det vara av värde att i planeringsprocesser att ha bra verktyg för att kunna analysera och beskriva olika förutsättningar och förändringsförslag. Trafikverket publicerade i 2011 rapporten "Integrering av handel i städer- Metoder, strategier och exempel" (2011:050). I rapportarbetets senare delar utvecklades förslag till en metod/modell för att kunna mäta och i ett samlat i sammanhang redovisa olika beståndsdelar som bedöms ha betydelse för en ökad fysisk strukturell och funktionell integration. Metoden som föreslås, den s.k. Integrationsmodellen, bygger i princip på att viss grundläggande data t.ex. bruttototalarea (BTA) av olika markanvändningar, gatu- och GC-nätets längd, struktur och sammanlänkning, förekomsten av gator med barriär effekter m.m. för aktuellt område samlas in och via sammanvägande kvantifiering sätts i relation till varandra i ett värderosdiagram. Metoden har inom ramen för Trafikverkets rapport prövats på ett handelsområde i Örebro, men någon mer omfattande validering eller tester har ännu inte skett. Här föreliggande arbete syftar till att i brett perspektiv analysera och undersöka integreringsmodellens ansatser och bedömningsgrunder för att förstå och beskriva fysisk strukturell integrering. Detta dels ur ett teoretiskt perspektiv genom jämförelse med andra för stadsplaneringen relevanta förhållningsätt och metoder samt dels i ett praktiskt tillämpningsperspektiv genom tester på principiella förenklade stadsstrukturer samt en fallstudie för ett utvecklingsområde i centrala Kungsbacka. En betydande del av arbetet har även fokuserats till att med dessa validerande tester som grund utarbeta och föreslå kompletteringar och justeringar i modellens beräkningsgrunder. En exemplifierande genomlysning av en representerande vägledning från flera centrala planeringsmyndigheter som Trafik för en attraktiv stad (TRAST) visar att vikten av fysisk strukturell integrering tydligt tas upp och tillskrivs ha en betydelse för den attraktiv hållbarstadsutveckling, samt att dessa frågor kan framhållas som övergripande mål både för den enskilda staden och för samhället i stort. I TRAST i huvudsak beskrivet genom termer som tillgänglighet och närhet. För att ge övergripande förståelse till hur fysisk strukturell integrering kan beskrivas och förstås, samt för att sätta integreringsmodellens förhållningssätt till integreringsbegreppet i ett teoretiskt sammanhang har en översiktlig beskrivning av två andra teorier och metoder även gjorts inom ramen för detta arbete; Space syntax respektive Stephen Marshalls stråkstrukturanalys (inklusive anslutande beskrivningar i publikationen Streets and Patterns.). Space syntax, som idag är en väl etablerad metodik inom bl.a. stadsplanering, analyserar integration med utgångpunkt i de uppfattade rummens samband och förhållande tillvarandra. Marshalls stråkstrukturanalys kan på övergripande plan sägas utgå ifrån gatulänkarnas samt nätverkens (exempelvis gc-nätets) konnektivitet och strategiska kontinuitet.  En övergripande likhet mellan både Marshalls angreppsätt, space syntax och integreringsmodellens förhållningsätt är att ingen av dessa direkt föreskriver en given typ av utformning eller struktur, utan syftar till att genom analyser av visa delkomponenter i staden kunna beskriva vissa egenskaper som bedöms ha betydelse för dess helhet och inneboende kvalitéer. Även om ingen analysmetod ger alla svaren som krävs för att lösa de komplexa frågor som stadsplanering behöver hantera är en gemensam kvalitet hos samtliga av metoderna att de medger kvantitativa analyser och redovisningar av viktiga delfaktorer i stadstrukturens egenskaper samt dessa beståndsdelars konfigurativa (i integreringsmodellen även till viss del även kompositionella) förhållanden till sin omgivning. Dessa analyser kan fungera som viktiga verktyg för att förstå, beskriva och prioritera önskvärda egenskaper utifrån uppsatta mål för det enskilda stadsrummet, för ett delområde eller för staden som helhet.  I här föreliggande arbete konstateras att det ur ett teoretiskt perspektiv kan sägas finnas en relevans både av integreringsmodellen generellt som planeringsverktyg och av ansatsen i dess ingående bedömningsparametrar. De praktiska empiriska testerna inom ramen för detta arbete har visat behov av kompletteringar och justeringar av modellens beräkningsgrunder. Flera justeringar har tagits fram och föreslagits inom ramen för detta arbete. Med dessa justeringar kan på ett övergripande plan analyser enligt integreringsmodellen beskrivas ge tillfredställande utfall i de utförda testerna.  Fortsatta valideringar samt parallella tester med andra sätt att mäta integrering och mätningar av faktiska rörelser bedöms dock behövas för att på ett djupare plan kunna avgöra huruvida höga värden i integreringsprofilens parametarar återspeglar en slags faktisk hög inte-grering med närliggande områden. Samtidigt kan integreringsmodellens ansats att just kvantifiera faktiska fysiska faktorer vara just ett sätt att beskriva en slags faktisk integrering i sig. Avslutningsvis kan det sägas att stads- och samhällsbyggnadsprocesser, och avväganden i dessa, är komplexa och omfattar många sakområden, delar och faktorer. Oavsett vilka metoder eller analysverktyg som används finns alltid en risk för övertolkning eller till ett för stort fokus på resultaten för analysen av vissa delfrågor. Ett holistiskt synsätt är samtidigt avgörande för hur den samlade stadskvalitén och den samlade hållbara stadsutveckling blir. För att möjligöra ett holistiskt synsätt krävs en förståelse för de enskilda beståndsdelarnas egenskaper. Utmaningen och möjligheten ligger just i att utifrån vissa kända försutsättningar kunna synligöra, analysera och redovisa de enskilda beståndsdelarnas egenskaper i relation till övriga delfaktorer för att ge ny kunskap om helheten. Relevanta metoder och beskrivningsverktyg kan, med en medveten situationsanpassad resultattolkning, utgöra ett viktigt delstöd för att göra detta. "Metod är ett intellektuellt instrument med vilket det är mjöligt att med utgångs punkt i det kända producera kunskap om det okända" (Jacopo Zaberella, italiensk filosof från 1500-talet.)

Geographic space is the large-scale and continuous space that encircles the earth and in which human activities occur. The study of geographic space has drawn attention in many different fields and has been applied in a variety of studies, including those on cognition, urban planning and navigation systems. A scaling property indicates that small objects are far more numerous than large ones, i.e., the size of objects is extremely diverse. The concept of scaling resembles a fractal in geometric terms and a power law distribution from the perspective of statistical physics, but it is different from both in terms of application. Combining the concepts of geographic space and scaling, this thesis proposes the concept of the scaling of geographic space, which refers to the phenomenon that small geographic objects or representations are far more numerous than large ones. From the perspectives of statistics and mathematics, the scaling of geographic space can be characterized by the fact that the sizes of geographic objects follow heavy-tailed distributions, i.e., the special non-linear relationships between variables and their probability. In this thesis, the heavy-tailed distributions refer to the power law, lognormal, exponential, power law with an exponential cutoff and stretched exponential. The first three are the basic distributions, and the last two are their degenerate versions. If the measurements of the geographic objects follow a heavy-tailed distribution, then their mean value can divide them into two groups: large ones (a low percentage) whose values lie above the mean value and small ones (a high percentage) whose values lie below. This regularity is termed as the head/tail division rule. That is, a two-tier hierarchical structure can be obtained naturally. The scaling property of geographic space and the head/tail division rule are verified at city and country levels from the perspectives of axial lines and blocks, respectively. In the study of geographic space, the most important concept is geographic representation, which represents or partitions a large-scale geographic space into numerous small pieces, e.g., vector and raster data in conventional spatial analysis. In a different context, each geographic representation possesses different geographic implications and a rich partial knowledge of space. The emergence of geographic information science (GIScience) and volunteered geographic information (VGI) greatly enable the generation of new types of geographic representations. In addition to the old axial lines, this thesis generated several types of representations of geographic space: (a) blocks that were decomposed from road segments, each of which forms a minimum cycle such as city and field blocks (b) natural streets that were generated from street center lines using the Gestalt principle of good continuity; (c) new axial lines that were defined as the least number of individual straight line segments mutually intersected along natural streets; (d) the fewest-turn map direction (route) that possesses the hierarchical structure and indicates the scaling of geographic space; (e) spatio-temporal clusters of the stop points in the trajectories of large-scale floating car data. Based on the generated geographic representations, this thesis further applies the scaling property and the head/tail division rule to these representations for urban studies. First, all of the above geographic representations demonstrate the scaling property, which indicates the scaling of geographic space. Furthermore, the head/tail division rule performs well in obtaining the hierarchical structures of geographic objects. In a sense, the scaling property reveals the hierarchical structures of geographic objects. According to the above analysis and findings, several urban studies are performed as follows: (1) generate new axial lines based on natural streets for a better understanding of urban morphologies; (2) compute the fewest-turn and shortest map direction; (3) identify urban sprawl patches based on the statistics of blocks and natural cities; (4) categorize spatio-temporal clusters of long stop points into hotspots and traffic jams; and (5) perform an across-country comparison of hierarchical spatial structures. The overall contribution of this thesis is first to propose the principle of scaling of geographic space as well as the head/tail division rule, which provide a new and quantitative perspective to efficiently reduce the high degree of complexity and effectively solve the issues in urban studies. Several successful applications prove that the scaling of geographic space and the head/tail division rule are inspiring and can in fact be applied as a universal law, in particular, to urban studies and other fields. The data sets that were generated via an intensive geo-computation process are as large as hundreds of gigabytes and will be of great value to further data mining studies. / <p>QC 20120301</p> / Hägerstrand project entitled “GIS-based mobility information for sustainable urban planning and design”