一、理论篇
生态遥感：理论、方法与应用1遥感基础理论1遥感基础理论
遥感一词来自英文Remote Sensing，即“遥远的感知”，泛指采用一切非接触手段对目标物或自然现象进行远距离探测。遥感技术广泛应用于地学研究的各个领域，已经成为区域生态学研究中不可或缺的技术手段之一。利用遥感技术对生态系统结构、过程、功能等进行定量或定性观测，获取生态系统的属性特征及其变化信息，进而识别和判定生态系统的状态，就是生态遥感。本章主要从遥感基本概念与原理、遥感平台、主要遥感传感器类型及数据源等方面，简要介绍遥感基础理论。
1.1定义与分类
1.1.1遥感的定义
遥感有广义和狭义之分。广义遥感泛指采用一切非接触手段，如电磁场、力场和机械波（声波、地震波）等，对目标物或自然现象进行远距离探测。狭义遥感是指不与目标相接触，利用各种探测仪器把目标的电磁波特性记录下来，揭示物体特征性质及其变化的综合性探测技术（梅安新等，2001）。
图1-1是遥感过程的示意图。所有的地物都可以反射、吸收和发射电磁波，这是遥感探测的原理和依据。地物目标的电磁波信息经过地球大气，被搭载于遥感平台上的遥感传感器接收，并根据其电磁波的辐射特性记录为不同强度的信号（通常为图像），回传至地面站后经信息处理（如信息恢复、辐射校正等）转换成用户能使用的形式，*终按照不同的目的进行应用。
生态遥感主要是指遥感技术在生态领域中的应用，具体是指利用遥感技术对生态系统结构、过程、功能等进行定量或定性观测，获取生态系统的属性特征及其变化信息，进而识别和判定生态系统的状态。例如，利用遥感技术监测评估草地生态系统的面积、植被覆盖度等。
图1-1遥感过程示意1.1.2遥感的分类
遥感是一门新兴的交叉学科，可按遥感平台、工作方式、工作波段和应用等对遥感进行分类，如图1-2所示。
图1-2遥感分类
值得注意的是，在按遥感传感器的工作波段进行分类时，有的传感器能够同时在多个电磁波段内进行探测，或者可以将某个宽电磁波段（如可见光和红外波段）再分成若干个窄波段来探测目标。根据波段宽度和波谱连续性，可将之细分为高光谱遥感和多光谱遥感。
高光谱遥感：利用多个（数十乃至数百个）狭窄的电磁波波段（波段宽度通常小于10nm）产生光谱连续的图像数据。
多光谱遥感：波段宽度一般大于100nm，波段数量较少（一般不到10个）且在波谱上不连续。
1.2遥感基本原理
1.2.1电磁波谱与电磁辐射
自然界中的一切物体，由于种类、特征和环境条件的不同而具有完全不同的电磁波辐射特征。所以，遥感能够根据收集到的电磁波信息来判别地物目标和自然现象。
1.2.1.1电磁波及其特性
振动的传播称为波，电磁振动的传播是电磁波，在近代物理中电磁波也称为电磁辐射。当电磁振荡进入空间，变化的磁场激发了涡旋电场，变化的电场又激发了涡旋磁场，使电磁振荡在空间传播。电磁波是横波，即传播方向垂直于振动方向，且振动方向一般会随时间变化。
电磁波在真空中以光速传播，且满足以下公式：
f λ=c（1-1）
E=h f（1-2）
式中，f为频率；λ为波长；c为真空中光速（3×108m/s）；E为能量（单位：J）；h为普朗克常数（6.626×10-34J s）。
电磁波传播到气体、液体、固体介质时，会发生反射、吸收、折射、透射等现象。在传播过程中，若碰到粒子还会发生散射现象，从而引起电磁波的强度、方向等发生变化。这种变化随波长而改变，因此电磁辐射是波长的函数。
1.2.1.2电磁波谱
γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等都属于电磁波。如果按电磁波在真空中传播的波长（或频率）递增（或递减）顺序排列，就能得到电磁波谱。习惯上人们将电磁波区段划分（梅安新等，2001）（表1-1）。表1-1电磁波谱波段波长长波大于3000m中波和短波10～3000m超短波1～10m微波1～1000mm红外
波段超远红外远红外中红外近红外0.76～1000μm15～1000μm6～15μm3～6μm0.76～3μm可见光红橙黄绿青蓝紫0.38～0.76μm0.62～0.76μm0.59～0.62μm0.56～0.59μm0.50～0.56μm0.47～0.50μm0.43～0.47μm0.38～0.43μm紫外线1×10-3～3.8×10-1μmX射线1×10-6～1×10-3μmγ射线小于1×10-6μm
1.2.1.3电磁辐射的度量
任何物体都是辐射源，不仅能够吸收其他物体对它的辐射，也能够向外辐射。物体在所有电磁波谱范围内均有辐射现象，只是其强度和波长不同而已。电磁波传递的是电磁能量，因此遥感探测实际上是对电磁辐射能量的测定。表1-2中列出了用于对电磁辐射进行度量的物理量。
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