El crecimiento acelerado de las áreas urbanas ha resultado en alteraciones sustanciales en la estructura espacial de estos asentamientos. La identificación precisa de la estructura espacial multicéntrica es un requisito fundamental para la evaluación del desarrollo espacial urbano y la optimización del espacio urbano. En consecuencia, este estudio tuvo como objetivo identificar la estructura espacial multicéntrica de las ciudades a través de un enfoque novedoso de fusión de datos basado en datos de iluminación nocturna, datos de LandScan y datos de calor poblacional. Además, este estudio comparó los efectos diferenciales de la distribución de la población y la movilidad poblacional en la identificación de estructuras espaciales urbanas. Los resultados de la investigación empírica para la ciudad de Zhengzhou demuestran que la precisión de utilizar la fusión de datos de LandScan para identificar estructuras espaciales multicéntricas fue de 0.7463, mientras que la precisión de utilizar la fusión de datos de luz nocturna para identificar estructuras espaciales urbanas a través de la movilidad poblacional alcanzó 0.8235. Esto sugiere que, en el contexto de la creciente movilidad poblacional y la actividad económica, la integración de datos de movilidad poblacional puede tener un impacto significativo en la precisión de la investigación espacial urbana. Además, este estudio pone un enfoque dual en la distribución de la población y la movilidad poblacional y un nuevo método de integración de datos para la investigación espacial urbana. Estos son de considerable valor práctico para facilitar la optimización espacial y el desarrollo coordinado de las ciudades.