城市功能区是城市在发展过程中逐渐形成的居住用地、商业用地、工业用地、公共管理与公共服务设施用地等不同功能区。对城市功能区进行统一协调和合理布局,有助于提高城市土地利用效率,优化资源配置,实现城市全面均衡化发展,整体改善城市的综合实力。识别不同类型的功能区并研究其空间分布特征和相互作用规律,对于把握城市空间结构,制定科学合理的城市规划具有十分重要的意义。传统的城市功能区提取与分析研究主要是使用土地利用现状图、问卷调查等数据,往往存在数据单一、分析不够全面等问题,并且更多地是考虑城市的自然地理环境,对城市的社会经济环境考虑不足。前期的相关研究由于受限于数据源和数据规模,没有充分利用现今发展的时空大数据分析技术,无法满足如今时空大数据时代的城市功能区分析研究的需求。针对以上问题,本文拟从城市自然地理环境和社会经济环境两大方面综合考虑,基于多源数据进行城市功能区的提取研究,并充分利用轨迹挖掘等时空大数据分析技术进行功能区的分析,拟为城市的健康发展和合理规划提供技术参考和支持。本文主要基于高空间分辨率遥感影像、建筑物轮廓数据、开放街区地图Open Street Map（OSM）数据、出租车轨迹数据和兴趣点数据等多源数据,充分挖掘城市区域的自然地理环境和社会经济环境信息,从而提取城市空间内部各地区的功能属性,分析各组成部分之间的相互作用和空间分布模式。本文的主要研究贡献如下:（1）构建基本分析单元统一多源数据的空间分析尺度本文基于OSM道路网数据,使用基于加权均值的头/尾间隔分类的出租车轨迹数据栅格化图像辅助更新城市道路信息,之后参考遥感影像和在线地图服务,构建基本分析单元,从而解决了遥感图像数据分析和社会感知数据分析空间尺度不统一的问题。（2）基于高空间分辨率遥感影像的城市土地利用分类方法研究高分遥感影像反映了城市内地表的自然属性特征,包括光谱特征、形状特征、纹理特征、空间几何特征等。本文首先基于高分遥感影像的光谱特征、纹理特征、空间几何特征等多类物理特征进行城市土地覆盖分类;然后基于土地覆盖分类结果,挖掘各基本分析单元内的景观格局模式,以建筑物信息作为辅助,进行城市土地利用类型的分类。（3）基于出租车轨迹数据的城市功能区识别和空间交互作用研究出租车轨迹的上下车点数据提供了海量的城市居民连续型经济、社会活动信息,隐含了城市用地的社会经济功能属性信息。本文首先基于出租车轨迹上下车点数据分析居民日常出行行为活动的时空分布模式,之后提取多种时空特征,对比试验选择最佳特征组合进行城市功能区的识别。最后,基于出租车在工作日和周末各典型时间段在各功能区之间的流通情况,整体可视化分析了武昌区各功能区之间的空间交互作用;之后,以徐东商圈和中南路商圈为例,比较分析了功能布局不同的两大商圈与各功能区之间的空间交互强度和距离;（4）基于兴趣点数据的城市功能区内部空间分布模式分析研究兴趣点数据是城市各功能区内土地利用现状的外在表现。本文分析了各功能区内兴趣点数据的密度分布和面积分布,探索各功能区内土地利用现状的分布模式。