Hệ thống định vị sét

óng âm mãnh liệt mà dân gian gọi 
là tiếng sấm. Khi kênh phóng điện chính lên tới 
trên đám mây, dòng điện sét đạt giá trị đỉnh. 
Các điện tích cảm ứng từ mặt đất bên dưới cũng 
lên theo, trung hòa các điện tích trên đám mây. 
Các điện tích còn thừa trên đám mây theo kênh 
phóng điện chính tản xuống mặt đất bên dưới. 
Trong giai đoạn kết thúc phóng điện này, dòng 
điện sét giảm dần biên độ. Một cơn sét thường 
gồm nhiều lần phóng điện liên tiếp nhau, trong 
đó cú phóng điện đầu tiên (first stroke) và các 
cú phóng điện kế tiếp (subsequent stroke) cần 
được phân biệt với nhau qua các dạng dòng sét 
đặc trưng. [2]
Để ước chừng vị trí xảy ra phóng điện sét, 
thời gian chênh lệch giữa lúc thấy tia chớp và 
lúc nghe tiếng sấm có thể dùng để ước tính 
được khoảng cách giữa ta đến vị trí sét đánh. 
Ánh sáng truyền trong không khí với vận tốc 
3x108m/s, trong khi sóng âm lại lan truyền với 
vận tốc chậm hơn nhiều, 330m/s [1]. Vì vậy, 
nếu ta nghe được tiếng sấm sau 5s kể từ khi thấy 
tia chớp, khoảng cách ước lượng giữa ta với vị 
trí sét là khoảng 1,65km.
Một phương pháp định vị sét khác phổ biến 
hiện nay là sử dụng các cảm biến quang lắp đặt 
trên các vệ tinh nhân tạo để ghi nhận ánh sáng 
phát ra từ bề mặt của các đám mây trong các đợt 
 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019 15
phóng điện sét. Dữ liệu ghi nhận này từ các vệ 
tinh được sử dụng để xây dựng mật độ sét trên 
toàn cầu [1]. Tuy nhiên, nhược điểm lớn của các 
bộ dữ liệu này là không phân biệt được phóng 
điện sét mây – đất với các dạng phóng điện bên 
trong đám mây hoặc mây – mây [3]. Bên cạnh 
ánh sáng và âm thanh đặc trưng, sóng điện từ 
cũng là một sản phẩm tiêu biểu của hiện tượng 
phóng điện sét. Hình 1 minh họa sự phân bố 
năng lượng trường điện từ sinh ra bởi quá trình 
phóng điện sét theo phổ tần số tương ứng với 
các khu vực tần số rất thấp (VLF), tần số thấp 
(LF), tần số cao (HF) và tần số rất cao (VHF). 
Các hệ thống định vị sét hiện đại hoạt động dựa 
trên đo đạc tín hiệu trường điện từ phát sinh bởi 
sét đã được xây dựng và phát triển rất nhiều nơi 
trên thế giới. Các hệ thống này không những 
đã và đang chứng tỏ được hiệu quả trong công 
tác định vị sét mà còn thể hiện được tiềm năng 
trong việc xác định tham số dòng điện sét. Phần 
kế tiếp sẽ được dành để trình bày về nguyên lý 
hoạt động các hệ thống này.
II. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC 
HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ SÉT
Trong phần này, nguyên lý hoạt động điển 
hình của các hệ thống định vị sét được giới 
thiệu lần lượt dựa trên hai phương phương pháp 
định vị hướng từ trường, Magnetic Direction 
Finding (MDF) và so lệch thời gian truyền đến, 
Time-of-Arrival (TOA).
A. Phương pháp định vị hướng từ trường
Từ trường sinh ra do dòng điện sét chạy 
qua kênh phóng điện chính thẳng đứng lan 
truyền với vận tốc ánh sáng về mọi hướng dọc 
theo bề mặt đất với đường sức là những đường 
tròn có tâm là vị trí đổ bộ của sét như hình 2. 
Tại mọi điểm trên các đường tròn này, vector 
cảm ứng từ luôn tiếp tuyến với đường tròn. 
Vì vậy, hướng của từ trường sẽ cho phép xác 
định đường thẳng định phương nối liền vị trí 
đổ bộ của sét với trạm thu tín hiệu từ trường 
(đường màu đỏ trong hình 2). Đường thẳng 
định phương này chính là cơ sở để xác định 
hướng của vị trí sét.
 Về mặt lý thuyết, một mạng lưới gồm 2 
trạm thu tín hiệu từ trường cho phép xác định 
được 2 đường thẳng định phương và giao điểm 
của của 2 đường này chính là vị trí đổ bộ của 
sét như minh họa trong hình 3. Trong trường 
hợp này, vị trí sét chỉ có thể xác định nếu nó 
không nằm trên đường thẳng nối liền 2 trạm. 
Để khắc phục trở ngại trên, hệ thống với tối 
thiểu 3 trạm thu tín hiệu sẽ được xây dựng 
phục vụ cho công tác định vị sét. [1]
Hệ thống định vị sét dựa trên phương pháp 
MDF có thể xác định được cực tính của cú 
phóng điện sét. Trong trường hợp hình 3, dòng 
điện sét có chiều dương từ dưới đất hướng lên 
đám mây xác định theo quy tắc đinh ốc cổ 
Hình 1 – Phân bố năng lượng trường điện từ sinh ra bởi 
quá trình phóng điện sét theo phổ tần số [3]
Hình 2 – Từ trường phân bố trên mặt đất với đường sức là 
những vòng tròn có tâm là vị trí đổ bộ của sét
Hình 3 – Tối thiểu 2 trạm thu tín hiệu có thể xác định được 
vị trí sét không nằm trên đường thẳng đi qua chúng
 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 201916
điển quay theo hướng từ trường ngược chiều 
kim đồng hồ. Như vậy, đây là quá trình phóng 
điện sét giữa trung tâm điện tích âm trên đám 
mây với mặt đất bên dưới và lúc này dòng sét 
được xác định có cực tính âm. Ngược lại với ví 
dụ trên, khi hướng của từ trường xoay thuận 
chiều kim đồng hồ, dòng điện sét có chiều 
dương hướng xuống mặt đất và được xác định 
có cực tính dương. Để tăng độ chính xác, các 
hệ thống định vị sét loại này còn đo đạc bổ 
sung thêm hướng của điện trường [1].
Hệ thống định vị dùng phương pháp MDF 
chỉ làm việc chính xác khi kênh phóng điện 
sét có chiều thẳng đứng từ trên xuống. Đòi hỏi 
này đạt được với phần kênh phóng điện gần 
mặt đất (tính từ mặt đất lên hàng trăm mét). 
Chính vì vậy, tín hiệu từ trường đo đạc trong 
vài giây đầu tiên trong giai đoạn phóng điện 
chính được thống nhất sử dụng cho việc xác 
định vị trí sét. Điều này cho phép lấy được tính 
hiệu từ trường bức xạ ra từ phần kênh phóng 
điện sét gần mặt đất trong giai đoạn phóng 
điện chính. Mặt khác, từ trường sinh ra trong 
khoảng thời gian này của giai đoạn phóng điện 
chính là mạnh nhất và có thể được ghi nhận từ 
khoảng cách xa. [1]
Một trở ngại đối với hệ thống định vị loại 
này trong thực tế là sự thay đổi địa hình trên 
mặt đất cũng như các kết cấu kim loại lớn làm 
nhiễu loạn hướng của từ trường trong quá 
trình lan truyền. Kết quả là đường thẳng định 
phương vị trí sét của ba trạm thu tín hiệu trong 
hệ thống sẽ không giao nhau tại một điểm mà 
tạo thành một vùng tam giác. Lúc này, một quá 
trình tối ưu dựa trên các tín hiệu thu được từ 
các trạm thu trong mạng lưới định vị được sử 
dụng để ước tính được vị trí của sét. [1]
B. Phương pháp so lệch thời gian truyền 
đến
Ở các khoảng cách đủ xa vị trí sét (các 
khoảng cách này rất lớn so với bước sóng của 
sóng điện từ ứng với dãy tần số thu nhận), 
trường điện từ sinh ra bởi cú phóng điện 
chính có tính chất của trường bức xạ. Lúc 
này, sóng điện trường ghi nhận sẽ giữ nguyên 
hình dáng khi tiếp tục lan truyền ra xa với 
biên độ giảm dần [1]. Điều này được kiểm 
chứng trong thí nghiệm ghi lại tín hiệu điện 
trường tại 5 điểm đo đạc bắt nguồn từ một cú 
phóng điện sét nhân tạo thực hiện bởi nhóm 
các nhà khoa học Nhật Bản trong tham khảo 
[5]. Như trong hình 4, dạng sóng điện trường 
ở 5 vị trí đo này đều giống nhau và vị trí càng 
xa nguồn sét, độ lớn của điện trường đo được 
càng nhỏ. Các trạm đo này được đồng bộ hóa 
về thời gian, và độ lệch thời gian truyền đến 
giữa 2 trạm có thể được xác định dựa vào thời 
điểm đạt giá trị đỉnh của sóng điện trường ghi 
nhận như trong hình 4.
Ta xét một hệ thống định vị sét gồm 3 trạm 
thu 1, 2 và 3 như trong hình 5. Khoảng cách 
của 3 trạm này tới vị trí sét là 3 ẩn số r 1, r2 và 
r3. Vận tốc sóng điện từ truyền trong không 
khí là c=3x108m/s. Với Δt21 và Δt31 lần lượt là 
độ lệch thời gian sóng điện từ truyền đến cặp 
trạm 2-1 và cặp trạm 3-1, ta được 2 phương 
trình (1) và (2).
Hình 4 – Dạng sóng điện trường ghi nhận tại 5 vị trí đo 
trong thí nghiệm trình bài trong [5]
Hình 5 – Hệ thống định vị theo TOA gồm 3 trạm thu tín hiệu
 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019 17
r2 - r1 = c Δt21 (1)
r3 - r1= c Δt31 (2)
Rõ ràng, hai phương trình trên đều có vế 
phải là hằng số (const) và chúng chính là phương 
trình của 2 đường hyperbol như trong hình 5. 
Giao điểm của 2 đường hyperbol này chính là vị 
trí đổ bộ của sét. Tuy nhiên, nếu sét đánh nằm 
ngoài vùng tam giác có đỉnh là 3 trạm thu, các 
đường hypebol trên sẽ có 2 giao điểm và lúc này 
chưa thể xác định được vị trí sét. Để khắc phục 
trở ngại này, một hệ thống định vị gồm tối thiểu 
4 trạm thu cho phép xác định được vị trí của bất 
kỳ cú sét nào. [1]
Cũng giống như phương pháp MDF, trong 
thực tế khi mặt đất không đồng nhất và có sự 
hiện diện của các kết cấu kim loại lớn, hệ thống 
định vị sét sẽ xác định được không phải một 
điểm mà một vùng trong đó sét có khả năng 
xuất hiện. Lúc này, một quá trình phân tích tối 
ưu sẽ được sử dụng để xác định vị trí sét trong 
vùng này. [1]
C. Các hệ thống định vị sét phạm vi rộng 
tiêu biểu
Bảng 1. Thông tin một số hệ thống định sét 
phạm vi rộng tiêu biểu [1,3,6,7]
TT Hệ thống định vị
Phương 
pháp
Nước/Khu 
vực
1 EUCLID và ALDIS
TOA và 
khác Châu Âu, Úc
2 LINET TOA Châu Âu
3 NLDN TOA Mỹ
4 JLDN TOA Nhật 
5 BrazilDAT TOA Brazil
6 WWLLN TOA Toàn thế giới
Hiện nay, đa số các hệ thống định vị sét 
phạm vi rộng trên thế giới đều hoạt động 
dựa trên các cảm biến thu nhận tín hiệu điện 
từ trong phổ tần số VLF/LF. Theo thống kê 
trong tài liệu [3], trên thế giới hiện nay có 
hơn 60 hệ thống định vị sét phạm vi rộng và 
tập trung vào định vị phóng điện sét mây – 
đất. Bảng 1 liệt kê thông tin của một số hệ 
thống định vị sét tiêu biểu.
Tại các nước phát triển, việc thu thập dữ 
liệu sét phục vụ cho công tác chống sét rất 
được chú trọng. Vì vậy, các nước này đã đầu 
tư xây dựng không những một mà nhiều hệ 
thống định vị sét hoạt động độc lập nhằm 
bố sung, đối chiếu và thu thập được các bộ 
dữ liệu hoạt động sét có độ tin cậy cao. Một 
ví dụ điển hình là Nhật, hiện nay nước này 
có 3 hệ thống định vị sét tiêu biểu của công 
ty tư nhân (JLDN), công ty điện lực Tokyo 
và trung tâm khí tượng [6]. 
III. HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ SÉT 
BLITZOTURNG
Phần này sẽ giới thiệu về hệ thống định vị 
sét Blitzortung và các dữ liệu minh họa về hoạt 
động sét thu thập trên phạm vi Việt Nam.
A. Tổng quan về hệ thống Blitzortung
Blitzortung là hệ thống định vị sét toàn 
cầu phi thương mại chi phí thấp. Hệ thống 
này được khởi sướng từ Đại học Heinrich 
Heine của Đức từ năm 2012. Với sự tham 
gia của các tình nguyện viên lắp đặt các 
trạm thu tín hiệu trên khắp thế giới, cho tới 
thời gian này, hơn 2000 trạm thu tín hiệu 
đã tham gia vào hệ thống [6]. Tháng 7 năm 
2018, trường Đại học Bách khoa Tp. HCM 
đã hợp tác với học viện kỹ thuật Shonan của 
Nhật (thông qua sự liên lạc của GS. Tonomi 
Narita) lắp đặt một trạm thu tín hiệu trên 
nóc nhà C4 của trường và trở thành tình 
nguyện viên đóng góp vào sự phát triển của 
hệ thống Blitzortung. Trạm thu tín hiệu 
này có kích thước nhỏ gọn và có dạng như 
trong hình 6. Từ việc tham gia hệ thống 
này, bộ môn Hệ thống điện của trường đã 
có thể truy xuất được kho dữ liệu khổng lồ 
và quý giá về hoạt động sét không chỉ giới 
hạn riêng ở Việt Nam mà còn trên phạm vi 
toàn thế giới.
 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 201918
Các thiết bị thu tín hiệu trong hệ thống định 
vị này hoạt động ở phổ tần số VLF dựa trên 
phương pháp TOA và có khả năng bắt sóng điện 
từ sinh ra từ phóng điện sét mây – đất hiệu quả 
nhất trong tầm từ 50km đến 250km. Tối thiểu 6 
trạm thu trong mạng định vị này bắt được sóng 
điện từ sinh ra bởi cú sét thì cú sét ấy mới được 
định vị và ghi nhận vào kho dữ liệu để phân biệt 
khỏi các nhiễu loạn điện từ. [6]
Trang  [4] cho phép 
quan sát miễn phí bản đồ hoạt động sét thời 
gian thực với hình ảnh động các cú sét đang xãy 
ra (thực tế là trễ vài giây cho quá trình xử lý và 
truyền dữ liệu) như trong hình 7. Bản đồ này 
cũng cho thấy được vị trí các cú sét ghi nhận 
được bởi hệ thống định vị tới 120 phút trong 
quá khứ.
B. Dữ liệu hoạt động sét thu thập từ hệ thống 
Blitzorturng
Với tài khoản thành viên tình viện, hệ thống 
Blitzortung cho phép truy xuất vào kho dữ liệu 
tươi ghi nhận các cú sét trong quá khứ. Để tải 
dữ liệu này, các thông tin về khoảng thời gian 
trong quá khứ và giới hạn về kinh độ và vĩ độ 
của khu vực truy xuất cần phải nhập vào như 
trong hình 8. Dữ liệu tươi tải xuống được cho 
phép lưu trữ với nhiều định dạng, trong đó có 
CSV.gz như trong hình 9.
Hình 8 – Giao diện nhập thông tin phục vụ cho truy xuất dữ 
liệu tươi trên Blitzortung [4]
Hình 9 – Minh hoa dữ liệu sét được lưu trữ theo định dạng 
CSV.gz tải từ Blitzortung
Hình 7 – Bản đồ sét thời gian thực trên trang http://
en.blitzortung.org [4]
Hình 6 – Trạm thu tín hiệu với kích thước nhỏ gọn trong hệ 
thống Blitzortung [6]
 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 3 / 2019 19
Với dạng lưu trữ này, mỗi cú sét sẽ được 
ghi nhận với 7 chỉ số phân cách bởi dấu phẩy, 
trong đó 3 chỉ số đầu đặc biệt quan trọng là 
thời điểm ghi nhận cú sét (tính theo thời gian 
Unix), vĩ độ và kinh độ. Như vậy, 3 chỉ số này 
cung cấp thông tin về thời điểm xảy ra và vị 
trí xuất hiện của cú sét và có ý nghĩa đặc biệt 
quan trọng trong việc trả lời nghi vấn một sự 
cố xảy ra có phải do sét hay không. Mặt khác, 
dữ liệu thu thập được trong khoảng thời gian 
12 năm có thể làm cơ sở để xây dựng bản đồ 
mật độ sét cho một khu vực. Bên cạnh đó, dữ 
liệu hoạt động sét thu thập trong khoảng thời 
gian gần có thể cho phép dự đoán được xu 
thế hoạt động sét trong tương lai và từ đó có 
những biện pháp bảo vệ chống sét phù hợp.
Hình 10 biểu diễn phân bố hoạt động 
sét trên lãnh thổ nước ta và khu vực lân cận 
trong tháng 10 năm 2017 từ dữ liệu của hệ 
thống định vị Blitzortung.
IV. KẾT LUẬN
Bài viết giới thiệu tổng quan về hai phương 
pháp định vị tiêu biểu mà các hệ thống định 
vị sét đang vận dụng phổ biến trên thế giới, 
bao gồm định vị hướng từ trường và so lệch 
thời gian truyền đến. Mặt khác, hệ thống 
Blitzortung được trình bày như một ví dụ 
minh họa với các dữ liệu hoạt động sét trên 
phạm vi Việt Nam, được thu thập trong năm 
2017. Các dữ liệu hoạt động sét dạng này có 
thể được phân tích để làm cơ sở cho công tác 
bảo vệ chống sét và trả lời một cách khoa học 
khi có nghi vấn một sự cố trên hệ thống điện 
do hiện tượng phóng điện sét gây ra. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH
[1] Vernon Cooray, “An Introduction to 
Lightning,” Springer, 2015.
[2] Hoàng Việt, “Kỹ thuật điện cao áp Tập 
2 – Quá điện áp trong hệ thống điện,” Nhà xuất 
bản ĐHQGTPHCM, 2012.
[3] K. L. Cummins, M. J. Murphy, “An 
overview of Lightning Locating Systems: 
History, Techniques, and Data Uses, with an 
In-Depth Look at the U.S. NLDN,” IEEE Trans. 
Electromagnetic Compatibility, Vol. 51, No. 3, 
2009.
[4]  (Ngày 31 
tháng 5 năm 2019).
[5] Koji M.K., Hongo Y., Yokoyama S., 
“Estimation of lightning striking points by time 
of arrival method with small network,” X Int. 
symposium on Lightning protection, Curitiba - 
Brazil, 2009.
[6] Tomomi Narita, et al., “A study of 
lightning location system (Blitz) based on 
VLF sferics,” 34 Int. conference on Lightning 
protection, Rzeszow – Poland, 2018.
[7]  (Ngày 31/05/2019).
Hình 10 – Phân bố hoạt động sét trên lãnh thổ Việt Nam và 
khu vực lân cận trong tháng 10 năm 2017 xây dựng trên dữ 
liệu của Blitzortung