快速城市化使得城市空间结构日益复杂,城市建设规模快速扩张导致城市功能和路网形态布局不合理,引发一系列城市问题,城市空间结构的研究及优化对城市健康可持续发展尤为重要。多源大数据为城市空间结构的研究提供了新的思路及方法。本文基于POI（Point of Interest）数据、腾讯位置大数据、OSM（Open Street Map）路网数据等多源大数据,运用空间句法理论以及GIS空间分析方法,以定性与定量相结合的方式分析了济南市中心城区的功能空间结构特征、人口聚集时空特征和路网结构形态,多尺度分析城市功能复合利用程度,并且运用SWOT分析结合空间结构现状和优化目标提出了相应的优化引导策略,为济南市中心城的规划与发展提供科学依据。主要结论如下:（1）济南市中心城区功能结构整体呈现“带状单核城市中心、多层级地区级中心与片区中心”的空间形态,主城区现阶段沿路网轴线多个方向呈星状扩展模式,“点-轴”式发展使得“一城两区”空间结构出现基本雏形,经十西路-经十路-经十东路成为中心城东西两翼扩展的主要城市发展轴。受自然地理环境限制和路网影响,预测中心城未来将呈东西向带状扩展模式与东西双翼新城形成网格状空间格局。（2）研究区各功能要素呈中心聚集分布态势,除居住功能外,其他功能设施呈现“中心-外围”差异分布;主城区内居住功能、商业娱乐功能、交通设施分布较为合理,产业功能多分布在城市中心外围;东西部城区虽形成地区级功能中心但整体规模较小,济南市中心城区功能复合水平整体一般。城市人口热度变化与居民作息相关,人口热度聚集中心呈现“带状大核心、双小核心、多片区层级中心”结构形态。（3）高可达性及高路网等级的道路均分布在主城区域范围,与POI数据所识别的功能空间相吻合;多尺度半径空间句法分析再次诠释了城市多中心空间结构;识别出高交通穿越潜力、高可达性城市发展轴线。商业功能设施与路网形态具有显著相关性,其中购物类和金融类商业设施与轴线模型下整合度变量相关性较高。（4）作者建议将济南市中心城区构建为优质核心、多层级中心、多尺度功能复合空间结构的高水平城市,并提出完善城市功能的多样性及复合度、提升主干道路可达性、加强轨道交通建设增加城区间的互动联系、加快推进东西部现代化新城建设等优化策略。