20世纪90年代以来,中国进入快速城市化阶段,城市土地、经济和人口高速增长。城市是包含物质属性与社会经济属性的复杂综合体,城市物质要素与社会经济要素的分配不协调,导致城市土地利用效率低下,城市发展难以持续。从城市物质要素和社会经济要素不同的维度定量分析城市空间结构特征,并且探究物质与社会经济要素的协调关系至关重要。随着信息网络技术的发展,海量大数据在精细层面反映城市人口、经济活动等信息,为城市空间研究提供了更多的数据支撑,结合传统数据与大数据可以从更精细的尺度反映城市空间结构特征。本研究以武汉市为例,首先,利用遥感影像、电子地图、现场调查数据、OSM数据、POI兴趣点、百度地图热力图等数据源,提取表征城市物质环境和社会经济活动的建设用地、建筑面积、道路密度、商业活动、实时人口等城市要素。其次,利用反S函数分析城市各要素圈层结构特征及紧凑度,并且运用核密度估计方法刻画城市各要素的多核集聚特征,基于此分析城市不同维度的多中心体系;复杂性测度方面采用分形维数刻画城市空间结构,并利用信息维数分析各要素在空间上分布的均衡度。最后,运用双变量空间相关性分析方法表征城市物质要素与社会经济要素的匹配程度,通过POI数据计算土地利用混合度后,探究土地利用混合度与匹配程度的关系。本文最终得出以下结论:（1）城市空间物质和社会经济要素的圈层密度由城市中心向外围的分布符合反S形态,反S函数可以很好拟合其形态。各城市要素的圈层结构紧凑度由大至小呈现出:商业活动＞周末实时人口＞道路密度＞工作日实时人口＞建筑面积＞建设用地。除建设用地外,建筑面积与社会经济要素均具有多核集聚模式,各要素的多中心结构存在差异。（2）城市物质与社会经济要素的空间分布具有分形特征。信息维数刻画的均衡度由大至小依次为建设用地、建筑面积、周末实时人口、工作日实时人口、商业活动。（3）城市物质与社会经济要素的空间相关性主要有高—高,低—低,低—高三种类型,高—高类型主要分布在江汉路—中山公园一带、解放路、街道口、光谷广场等区域,低—高、低—低位于沌口、武钢等区域。相比其他区域,物质要素与社会经济要素呈现高匹配的区域,其土地利用混合度更高。