城镇体系空间结构是指在某一城镇体系中，规模不同、职能各异的城镇在地域空间上的分布、联系及其组合状态。合理的城镇体系空间结构有利于区域资源的合理配置、产业的优化调整以及城镇的健康发展，从而促进地区经济社会的科学发展。邳州市是江苏省经济社会发展较为落后的地区之一，随着其工业化和城镇化进程的推进，该市迫切需要对全市的城镇体系空间结构进行优化、调整，实现区域经济社会的协调发展，针对该市的城镇体系空间结构优化研究成为一项必要的任务。本文借助GIS平台，运用定性与定量相结合的方法，着重对邳州市城镇体系的等级规模结构、职能结构、地域空间结构和交通网络结构进行研究，总结其现状特征、存在的基本问题，在此基础上提出空间结构优化的战略与模式选择。文章首先对城镇体系空间结构研究的基础理论进行了总结，包括中心地理论、增长极理论、城乡统筹理论与分形理论等，探讨上述理论对于邳州市城镇体系空间结构优化的指导意义，构建论文研究的理论框架。其次，对GIS技术在城镇体系规划和研究中的应用进行理论概括，包括作用和应用过程两方面，接着对研究区城镇体系发展的历史脉络和环境进行了梳理。对于城镇体系空间结构现状与优化的研究，是本文的核心。首先运用建成区人口和建成区面积双指标综合法对邳州市城镇等级规模结构进行研究，其次运用区位熵法对邳州市域的产业职能与徐州市、江苏省相关县市进行对比，再立足区域内，对本县域城镇的职能类型进行定性和定量方法相结合的研究。在地域空间结构的研究中，首先运用GIS空间点格局方法，对县域城镇总体分布状态进行定量研究，接着根据分形理论原理，探讨了研究区城镇空间集聚和空间关联特征。最后，运用GIS的网络分析功能，构建研究区道路网络，以各城镇的交通可达性为研究目标，探讨该市城镇网络结构发育状况。在上述研究的基础上，本文总结出研究区城镇体系空间结构的特征和存在的问题，分析城镇体系空间结构面临的区内外机遇，总结优化工作应该遵循的指导原则，进而提出了研究区城镇体系空间结构的优化，近期应该以点轴开发为主，中远期以核心—腹地开发为主的战略模式。