遥感是在不直接接触物体、区域或现象的情况下，获取并解读其相关信息的技术。在环境科学中，遥感通常利用仪器测量地球表面及周围环境反射或发射的电磁辐射。传感器可搭载于卫星、飞机、无人机或地面平台上。观测数据经处理后可生成影像、地图以及物理属性的估算结果。遥感既包括成像测量，也包括非成像测量；更广义的定义还涵盖声呐等声学技术。(natural-resources.canada.ca)
物理原理
遥感以信号与物质之间的相互作用为基础。入射辐射可被反射、吸收或透射，而物体本身也会发射辐射。这些相互作用随波长以及物质组成、水分含量、表面粗糙度和温度等属性而变化。因此，在电磁波谱的不同波段进行测量，可以揭示普通可见光影像无法提供的信息。有时可以根据不同材料特有的光谱响应加以区分，但这些响应也受观测条件的影响。(natural-resources.canada.ca)
测得的信号不一定仅直接反映目标本身。辐射穿过地球大气层时会发生吸收和散射，传感器记录的信号可能同时包含来自地表和大气的成分。因此，解读观测数据需要了解光照、观测几何关系、大气状况和仪器响应。例如，影像中一个明亮像元的含义，不能脱离其波段和数据获取条件单独判断。(natural-resources.canada.ca)
被动与主动传感器
被动传感器探测自然存在的辐射。可见光和近红外仪器通常测量地表反射的太阳光；热辐射仪器则测量物体发射的辐射。对反射太阳光的观测需要光照，而热辐射观测可以在夜间进行。云层可能遮挡可见光和红外波段的地表观测。被动微波仪器测量自然发射的微波辐射，提供另一类环境测量信息。(natural-resources.canada.ca)
主动传感器发射信号并测量返回的信号。雷达使用无线电波，而激光雷达通常使用激光脉冲。根据激光雷达信号的往返时间可以确定距离，再将这些测量结果组合成三维点云，用以表示地形、建筑物和植被。将地面回波与其他回波分离后，可以生成高程模型。(usgs.gov)
合成孔径雷达将移动平台沿运动轨迹获取的雷达观测数据加以综合，获得比同等实孔径系统更精细的空间细节。微波雷达的观测不依赖太阳光，而且通常能够穿透云层。其响应取决于波长、偏振、水分含量、结构和地表几何形态。雷达干涉测量利用不同观测之间的相位差，研究高程或地表位移。(earthdata.nasa.gov)
平台与历史发展
观测平台决定了覆盖范围、观测几何关系以及重复观测的机会。飞机和无人机可灵活开展局地调查，卫星则可对广大区域进行重复观测。地面传感器能够对单个地点进行详细测量，补充航空或卫星测量的结果。同一平台可以搭载多种测量能力不同的仪器。(usgs.gov)
陆地卫星计划建立了长期持续的卫星陆地观测记录。其首颗卫星最初名为“地球资源技术卫星”，于1972年7月23日发射，后来更名为“陆地卫星1号”。该卫星搭载了反束光导摄像管系统和多光谱扫描仪。后续陆地卫星任务不断扩充这一数据档案，使人们能够比较数十年间的陆地状况，包括与城市化、野火、干旱和气候变化有关的变化。(usgs.gov)
分辨率与采样
遥感数据集通常用四个方面的分辨率来描述：
- **空间分辨率：**一次测量所代表的地面区域的大小，或采样点之间的间距，通常以像元尺寸表示。
- **光谱分辨率：**区分狭窄波长区间的能力。多光谱传感器记录若干波段；高光谱成像则记录大量窄波段。
- **时间分辨率：**能够获得某一区域观测数据的频率。
- **辐射分辨率：**区分所测信号强度差异的能力，通常与数字位深相关。8位测量具有256个可能的数字值。(hideme.live)
这些特性在设计上需要相互权衡。更精细的空间采样并不自动意味着更精细的光谱区分能力或更频繁的观测覆盖。窄波段可以区分材料之间的细微差异，但也会增加数据量。因此，分辨率必须根据所测现象来评估，不能将其视为影像质量的单一排名指标。(natural-resources.canada.ca)
处理与解译
原始测量数据在用于许多科学研究之前，需要进行校准、地理定位及其他校正。根据具体应用，处理过程可能需要消除或减轻大气效应、几何畸变或不同数据获取日期之间的差异。图像处理可用于增强影像、组合波段以及提取有用特征。解译既可以通过目视完成，也可以借助计算方法，利用分类和定量反演方法将测量结果转化为环境信息。(natural-resources.canada.ca)
图像分类将观测数据划分为水体、植被和建成区地表等类别。监督学习使用带有标签的样本，而无监督学习则在没有预设标签的情况下识别数据中的分组。重复观测可构成时间序列，用于研究变化。遥感产品还可在地理信息系统中与其他空间数据集结合使用。(hideme.live)
应用与局限
遥感的应用包括追踪森林变化、绘制农田分布图、监测火灾和洪水、观测天气，以及测量海洋温度的空间分布。卫星观测能够覆盖广阔的地理范围，而重复测量可以揭示单次调查可能遗漏的变化过程。(usgs.gov)
遥感解译仍受到云层遮挡、采样不完整、传感器特性以及测量信号多义性的限制。相似的地表可能具有相似的光谱响应，而一个像元中也可能包含多种材料。因此，实地观测和独立参考数据对于评估分类结果及推导出的测量结果十分重要。仅在影像中检测到变化，并不能确定其原因。(natural-resources.canada.ca)