随着科学技术的快速发展，人们获得GIS的手段越来越丰富，获取的数据也越来越多，大量的地图数据并没有被有效的进行管理，找到一种合理的数据管理与应用的方法是目前地理信息系统发展需要迫切解决的问题，尤其是城市道路网空间结构特征的有效识别与描述、道路网中路径最优规划是难点问题。本文选取了城市道路网矢量地图为研究数据，基于多级道路网眼对城市路网空间结构特征进行研究，具体的研究内容有以下几点：（1）完善道路网眼的定义，详细的描述了道路网眼的结构；融合道路等级与道路网眼提出多级道路网眼的研究对象，并制定出一套对道路网眼进行分类分级的规则；最终为建立基于多级道路网眼的城市道路网空间结构特征的层次化表达模型提供理论依据。（2）本文提出城市多级道路网眼结构树的提取方法：道路网构成道路区域面，不同等级道路线切割面，最后判断面的包含关系来实施树结构的建立。并分析了道路网眼结构树中各网眼之间的拓扑关系。（3）结合最短路径算法提出了一种基于多级道路网眼结构树的最短路径查询策略:先利用道路网眼结构树来判断起点终点所在的道路网眼它们之间的拓扑关系，根据得到的关系匹配文中提出的优化规则来对最短路径进行修正优化。（4）结合道路的分级对道路运行速度的考虑，本文对比分析了两点间由最短路径算法和基于多级道路网眼优化后最短路径算法所得出的结果。