( 一) 土地退化遥感地学认知
从广义上理解，认知包括感觉、知觉、表象、想象、记忆、思维，认知过程即信息的获得、编码、贮存、提取和使用过程。在对土地退化空间信息的理解与认识过程中，有关尺度、空间和经验三者之间的关系具有重要意义， “尺度”对于区分 “对象”和 “环境”尤为重要; 认知空间将土地类型的典型特征感知图像、信念、知识和记忆，进一步形成认知图像空间; 符号空间是对空间信息的符号化表达。对土地退化空间信息的认知包括三个层次，即土地类型空间特征认知、土地空间对象认知和土地类型空间格局认知。“空间特征”又是 “空间对象”识别与分类的基础，“空间格局”是基于 “空间对象”的分类和推理，空间特征就是对空间实体认知的符号记录。“空间对象”与 “空间特征”是空间认知的两个基本单位，人类正是基于它们实现了空间认知。如耕地类型是 “空间对象”，耕地的 “空间特征”可在地图空间与影像空间中识别耕地，耕地的空间分布表达了 “空间格局”。
地学是一门研究地球表层自然要素与人文要素相互作用关系及其时空规律的科学，包括地质学和地理学等传统学科，土地资源学是地学很重要的一个分支。地学知识广泛应用于土地退化遥感监测与评价中，尤其是地学分析方法即地学认知方法在土地退化遥感监测与评价中得到了广泛应用。遥感影像是通过传感器获得的反映地球表层系统的信息，属于比较典型的复杂而具有不确定性的图像类型。对遥感影像的认知，一是对遥感未带回的信息进行补充，二是依赖原有的二维信息以及这些信息的相关关系，来分析推断遥感影像未反映的信息，这将需要地学知识的支持 ( 陈述彭等，1990) 。因此，土地退化遥感地学认知需要在一定地学分析模型支持下，融合基础地理信息和地学知识，模拟专家对遥感影像的目视解译的功能和过程，目的是从遥感影像中提取反映土地退化特征和分布规律的特征模式，为进一步决策分析提供空间特征分布规律。土地退化遥感地学认知是以地学知识为依托，其中涉及地学的信号层知识、物理层知识和语义层知识 ( 骆剑承，2000) 。信号层知识反映二维平面的遥感影像本身固有的基本地学特征，如土地类型的基本波谱特征、空间特征、时间特征等; 物理层知识则细化到反映遥感影像的土地单元、分布规律或土地退化结构和成像形式 ( 如纹理特征、地块大小与形状等) ; 语义层知识是更深层次地对土地对象的地学属性、与环境的相互关系等通过一定的语义进行描述。
( 二) 土地退化遥感地学认知理论结构
地学认知理论是建立在地学理论和地学方法论基础上，在认知理论和技术的支持下，以模拟地学专家的逻辑与形象思维的方式为目的发展而成。地学认知理论的研究内容包括地学思维研究、地学认知过程研究、地学认知分析研究、空间行为决策符号系统等 ( 鲁学军等，2004) 。
土地退化遥感地学认知过程即模拟地学专家对土地退化遥感影像的综合地学解译与决策分析的过程，对遥感影像中包含的土地类型进行描述、识别、分类和解译，提取遥感影像中的土地类型，判别其大小、结构、相互关系等地学属性、特征和内在规律，对蕴涵在遥感影像中的地学知识进行挖掘和表达，并进一步融合地学模型，进行地学现象和地学过程预测与决策分析。遥感地学认知理论的核心是认知模型，认知模型从低到高分别包括遥感影像的信息传输及基本处理分析、影像认知理解、逻辑认知理解、知识发现与决策分析等多个层次的综合过程 ( 骆剑承等，2001) 。
遥感影像主要通过像元亮度值及色彩的差异或其空间梯度变化来反映不同地物间的差异。像元间的亮度及色彩差异反映了地物的光谱信息的差异，而空间变化的差异则反映了地物的空间信息，这是理解遥感影像的物理依据。数理统计理论、概率论、遥感信息理论、地统计学理论等是对遥感影像进行基本处理的理论主线; 人工神经网络和进化理论是进行图像认知的理论主线; 遥感信息理论、知识处理理论、模糊数学理论等是进行遥感影像逻辑认知的理论主线; 系统论、控制论、突变论、协同论、运筹学理论等是进行知识挖掘与决策分析的主要理论依据 ( 图 3 －2) 。
图 3 －2 遥感地学认知的理论结构