Xây dựng bản đồ ngập lụt dựa trên ảnh viễn thám Sentinel-1 và mô hình số hóa độ cao SRTM cho tỉnh Bình Định

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 1 1 
XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NGẬP LỤT DỰA TRÊN ẢNH VIỄN THÁM SENTINEL-1 
VÀ MÔ HÌNH SỐ HÓA ĐỘ CAO SRTM CHO TỈNH BÌNH ĐỊNH 
FLOOD MAPPING BY SENTINEL-1 SATELLITE IMAGES AND SRTM DEM FOR 
BINH DINH PROVINCE 
Nguyễn Quang Bình 
Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; nqbinh@dut.udn.vn 
Tóm tắt - Trong công tác phòng chống thiên tai, xác định nhanh 
chóng mức độ và phạm vi ngập lụt mà không phụ thuộc vào yếu tố 
thời tiết là một yêu cầu cấp thiết. Trong nghiên cứu này tác giả sẽ 
trình bày kết quả nghiên cứu xác định vùng ngập lụt bằng ảnh viễn 
thám. Nghiên cứu sử dụng ảnh viễn thám Sentinel-1 của Cơ quan 
Vũ trụ châu Âu cung cấp kết hợp với mô hình số độ cao SRTM được 
thu thập từ Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS), để xây dựng bản 
đồ ngập lụt cho tỉnh Bình Định trong trận lũ lớn xảy ra năm 2017, kéo 
dài từ ngày 25/11 đến ngày 05/12. Kết quả nghiên cứu hy vọng sẽ 
cung cấp thêm cơ sở để hiệu chỉnh cho các mô hình thủy lực và 
chính quyền trong việc xác định các vùng bị ảnh hưởng bởi ngập lụt. 
Abstract - In the prevention of natural disasters, quickly 
determining the depth and inundation of flooding without 
depending on weather factors is an urgent need. In this study, the 
author will present the results of the study to determine flooded 
areas with radar images. The study uses the European Space 
Agency's Sentinel-1 image combined with digital elevation model 
(DEM) SRTM collected from the United States Geological Survey 
(USGS) to build a flood map for Binh Dinh province during a major 
flood in 2017, from 25/11 to 05/12. Hopefully, the results of the 
study will provide additional basis for calibrating hydraulic models 
and for government in identifying areas affected by flooding. 
Từ khóa - ngập lụt; Sentinel-1; SRTM; năm 2017; tỉnh Bình Định. Key words - flooding; Sentinel-1; SRTM; 2017; Binh Dinh 
province. 
1. Đặt vấn đề 
Lũ lụt là một thảm họa thiên tai lớn ở Việt Nam do đặc 
trưng khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình kết hợp với ảnh 
hưởng của yếu tố địa hình và biến đổi khí hậu trong thời 
gian gần đây. Đặc biệt, khu vực đồng bằng ven biển miền 
Trung được biết đến là dễ bị ngập lụt vì thuộc khu vực có 
lượng mưa lớn, vùng đồng bằng duyên hải hẹp, các con 
sông ngắn và dân cư tập trung đông. Do đó, quản lý và giảm 
bớt rủi ro do lũ lụt là một trong những nhiệm vụ quan trọng 
của chính quyền các địa phương. Đến nay, việc xây dựng 
các bản đồ ngập lụt theo từng trận lũ thực tế thường được 
trích xuất từ kết quả mô phỏng của các mô hình thủy lực. 
Trong mô phỏng mô hình thủy lực, để đảm bảo độ tin cậy 
trong hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thì cần phải có dữ 
liệu độ sâu ngập tại nhiều vị trí khác nhau. Theo Thông tư 
51/2013/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường 
công bố năm 2013, chi phí khảo sát ngoài thực địa trung 
bình cho một vết lũ là khoảng 15 nhân công cộng thêm chi 
phí thiết bị và phương tiện [1]. Rõ ràng phương pháp này 
sẽ có chi phí cao, mất nhiều thời gian cho công tác khảo sát 
ngoài thực địa, thu thập và chỉnh lý dữ liệu. 
Trong nhiều trường hợp, yêu cầu ứng phó nhanh với 
thảm họa từ thiên nhiên như động đất, bão nhiệt đới và lũ 
lụt là hết sức cần thiết để phục vụ cho công tác hỗ trợ và tái 
thiết. Do đó, lập bản đồ thiệt hại nhanh sau thảm hoạ là rất 
quan trọng để phát hiện khu vực bị ảnh hưởng và phạm vi 
thiệt hại. Ngày nay, sự phát triển của công nghệ ảnh viễn 
thám đã mở ra một hướng mới trong việc thu thập dữ liệu 
phục vụ cho việc phân tích, xây dựng bản đồ ngập lụt và 
đánh giá thiệt hại theo thời gian thực. Ảnh viễn thám đóng 
một vai trò quan trọng với khả năng thu thập trên một phạm 
vi rộng và có chi phí thấp. Với nguồn dữ liệu miễn phí được 
thu thập trong thời gian dài và từ nhiều vệ tinh khác nhau, 
nhiều phương pháp đã được phát triển dựa trên trên nguồn 
ảnh viễn thám để đánh giá thiệt hại do lũ lụt. 
Tuy nhiên, chất lượng của ảnh viễn thám phụ thuộc rất 
lớn vào điều kiện thời tiết, đặc biệt là trong các trận bão, 
việc thu thập dữ liệu mặt đất gặp rất nhiều khó khăn do 
ảnh hưởng của mây. Ngoài ra, thời gian và khu vực hoạt 
động của vệ tinh cũng ảnh hưởng rất lớn đến việc thu thập 
dữ liệu khu vực nghiên cứu theo thời gian của từng trận 
lũ. Do đó, việc áp dụng ảnh viễn thám chủ động Sentinel-
1 của Cơ quan Vũ trụ châu Âu đã giúp vượt qua những 
khó khăn trên [2]. Với độ phân giải trung bình 10 m và 
miễn phí nên đến nay có nhiều tác giả đã áp dụng ảnh viễn 
thám Sentinel – 1 để xây dựng bản đồ ngập lụt cho các 
khu vực khác nhau trên thế giới. Tác giả Trần Kim Châu 
áp dụng ảnh Sentinel – 1 để xây dựng bản đồ ngập lụt cho 
tỉnh Hà Tĩnh trong trận lũ ngày 24/10/2016 [3], Twele và 
đồng nghiệp đã đưa ra chuỗi xử lý tự động ảnh Sentinel-
1 để phát hiện lũ lụt theo thời gian thực tại biên giới Hy 
Lạp và Thổ Nhĩ Kỳ [4]. 
Bình Định là tỉnh duyên hải miền Trung Việt Nam, trải 
dài 110 km theo hướng Bắc - Nam, diện tích tự nhiên: 
6.025 km². Địa hình của tỉnh tương đối phức tạp, thấp dần 
từ Tây sang Đông, với độ chênh lệch khá lớn (khoảng 
1.000m). Các dạng địa hình phổ biến là vùng núi, đồi và 
cao nguyên, chiếm 70% diện tích toàn tỉnh với độ cao trung 
bình 500 – 1.000 m, các dãy núi chủ yếu là sườn dốc đứng 
(Hình 4). Trong năm 2017 vừa qua, trên địa bàn tỉnh xuất 
hiện 1 đợt lũ lớn kéo dài từ ngày 25/11 – 05/12, làm mực 
nước các sông dâng cao gây ra thiệt hại lớn trên địa bàn 
tỉnh (Bảng 1). 
Để đánh giá chi tiết về mức độ và phạm vi ngập lụt, 
nghiên cứu sẽ sử dụng ảnh Sentinel-1 để xây dựng bản đồ 
ngập lụt cho tỉnh Bình Định trong trận lũ lớn xảy ra năm 
2017 kéo dài từ ngày 25/11 đến ngày 05/12. Kết quả nghiên 
cứu hy vọng sẽ cung cấp thêm cơ sở để hiệu chỉnh cho các 
mô hình thủy lực và chính quyền trong việc xác định các 
vùng bị ảnh hưởng bởi ngập lụt. 
2 Nguyễn Quang Bình 
Bảng 1. Tổng hợp thiệt hại năm 2017 của tỉnh Bình Định [5] 
STT Chỉ tiêu thiệt hại 
Đơn vị 
tính 
Số 
lượng 
Thành tiền 
(triệu đồng) 
1 
Số người chết Người 9 - 
Số người mất tích Người 4 - 
Số người bị thương Người 9 - 
Số hộ bị ảnh hưởng Hộ 16.552 - 
Số người bị ảnh hưởng Người 82.760 - 
2 Thiệt hại về nhà ở 
Triệu 
đồng 
- 132.395 
3 Thiệt hại về giáo dục 
Triệu 
đồng 
- 7.110 
4 
Thiệt hại về nông, 
lâm nghiệp 
Triệu 
đồng 
- 58.285,5 
5 Thiệt hại về thủy lợi 
Triệu 
đồng 
- 139.170,6 
2. Phương pháp nghiên cứu 
Sử dụng ảnh viễn thám Sentinel-1 để xây dựng bản đồ 
ngập lụt ở tỉnh Bình Định trong hai ngày 26/11/2017 vào 
lúc 22h35’ và 04/12/2017 vào lúc 10h55’ mà vệ tinh thu 
thập được. Phạm vi ngập lụt được so sánh với thời gian 
trước khi xuất hiện lũ là ngày 23/06/2017. Quá trình xử lý 
ảnh Sentinel-1 để xây dựng bản đồ ngập lụt được trình bày 
chi tiết tại Hình 1. 
Hình 1. Quá trình xử lý ảnh 
2.1. Vệ tinh Sentinel-1 
Vệ tinh Sentinel-1 đã được Cơ quan Vũ trụ châu Âu 
phóng thành công lên vũ trụ vào năm 2014. Sentinel-1 
được thiết kế và làm việc với chế độ đã được lập trình sẵn, 
có nhiệm vụ chụp ảnh các vùng đất toàn cầu, các vùng ven 
biển, các vùng băng biển, các vùng cực, các tuyến đường 
vận chuyển có độ phân giải cao và các đại dương của thế 
giới. Nhiệm vụ sẽ đảm bảo độ tin cậy và tạo ra một nguồn 
lưu trữ dữ liệu lâu dài, thống nhất. Chế độ hoạt động của 
vệ tinh Sentinel – 1 được minh họa tại Hình 2. 
Hình 2. Chế độ hoạt động của vệ tinh Sentinel – 1 [6] 
Hiện nay, Sentinel 1 có 2 vệ tinh đang hoạt động cùng 
lúc và đặt cách nhau 180° trên mặt phẳng quỹ đạo là vệ tinh 
Sentinel-1A, Sentinel-1B (Hình 3). Tần suất và vùng phủ 
sóng của Sentinel-1 rất lớn với các vệ tinh của Cơ quan Vũ 
trụ châu Âu, sử dụng ảnh radar khẩu độ tổng hợp (SAR) và 
ảnh radar khẩu độ tổng hợp nâng cao ASAR [2], cho phép 
chụp ảnh bề mặt Trái đất xuyên qua các đám mây và mưa 
bất kể thời gian ngày hay đêm [7]. 
Hình 3. Quỹ đạo hoạt động của vệ tinh Sentinel-1A 
và Sentinel-1B [7] 
Ảnh viễn thám Sentinel-1 siêu cao tần cho phép xác 
định các đặc tính bề mặt của đối tượng, độ ẩm,  dựa vào 
năng lượng tán xạ phản hồi thu được trên ảnh. Tuy nhiên, 
ảnh Sentinel-1 có hạn chế là không phân loại được lớp phủ 
bề mặt do đặc điểm thu nhận tín hiệu trên ảnh chỉ phản ánh 
đặc tính cấu trúc bề mặt, trừ khi kết hợp thêm với các ảnh 
khác như ảnh quang học [8]. 
2.2. Khu vực nghiên cứu 
Bình Định thuộc vùng nhiệt đới ẩm gió mùa. Nhiệt độ 
trung bình là 27°C. 
Lượng mưa trung bình hàng năm trong 5 năm gần đây 
là 2.185 mm. Mùa mưa (từ tháng 8 đến tháng 12) tập trung 
70 - 80% lượng mưa cả năm. Mùa mưa trùng với mùa bão 
nên thường gây ra lũ lụt. Ngược lại, mùa nắng kéo dài nên 
gây hạn hán ở nhiều nơi. Hàng năm, khu vực này thường 
phải chịu tác động trực tiếp từ hai đến bốn cơn bão lớn [9]. 
Tải ảnh 
Hiệu chỉnh ảnh 
Lọc ảnh 
Điều chỉnh hình dạng 
Phân ngưỡng Sigma 
Hiệu chỉnh bởi DEM SRTM 
Khu vực ngập lụt 
Bản đồ ngập lụt 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 1 3 
Hình 4. Bản đồ lưu vực sông và các trạm thủy văn của 
 tỉnh Bình Định 
3. Kết quả và thảo luận 
Kết quả diễn biến mực nước tại các trạm thủy văn ở các 
lưu vực sông của tỉnh Bình Định được thu thập và thể hiện 
tại Hình 5. Mực nước lớn nhất của 7 trạm đều xuất hiện vào 
ngày 04/12/2017, trùng với thời gian vệ tinh thu thập được 
dữ liệu. 
Hình 5. Biểu đồ mực nước tại các trạm thủy văn [5] 
Hình 6 thể hiện kết quả xây dựng bản đồ ngập lụt bằng 
ảnh viễn thám Sentinel-1 của tỉnh Bình Định. Kết quả tính 
toán được so sánh trước và trong thời gian xuất hiện lũ. 
Hình 7, 8, 9, 10 trình bày chi tiết kết quả ngập lụt tại hạ lưu 
sông Kôn - Hà Thanh (thành phố Quy Nhơn), sông La Tinh 
và diện tích mặt nước tại hai hồ chứa lớn là hồ Định Bình 
và hồ Núi Một. 
(a) Ngày 23/06/2017 (b) Ngày 26/11/2017 (c) Ngày 04/12/2017 
Hình 6. Bản đồ ngập lụt tỉnh Bình Định 
(a) Ngày 23/06/2017 (b) Ngày 26/11/2017 (c) Ngày 04/12/2017 
Hình 7. Bản đồ ngập lụt ở hạ lưu sông Kôn – Hà Thanh 
Ngập 
Không ngập 
Ngập 
Không ngập 
Ngập 
Không ngập 
Ngập 
Không ngập 
Ngập 
Không ngập 
Ngập 
Không ngập 
4 Nguyễn Quang Bình 
(a) Ngày 23/06/2017 (b) Ngày 26/11/2017 (c) Ngày 04/12/2017 
Hình 8. Bản đồ ngập lụt ở hạ lưu sông La Tinh 
(a) Ngày 23/06/2017 (b) Ngày 26/11/2017 (c) Ngày 04/12/2017 
Hình 9. Bản đồ diện tích mặt nước hồ Định Bình 
(a) Ngày 23/06/2017 (b) Ngày 26/11/2017 (c) Ngày 04/12/2017 
Hình 10. Bản đồ diện tích mặt nước hồ Núi Một 
Ngập 
Không ngập 
Ngập 
Không ngập 
Ngập 
Không ngập 
Ngập 
Không ngập 
Ngập 
Không ngập 
Ngập 
Không ngập 
Ngập 
Không ngập 
Ngập 
Không ngập 
(a) (c) 
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 1 5 
Theo kết quả phân tích, vùng bị ảnh hưởng lớn bởi ngập 
lụt là tại hạ lưu của các lưu vực sông và gần cửa ra. Đặc 
biệt là tại hạ lưu của lưu vực sông Kôn – Hà Thanh, có diện 
tích phần lớn thuộc thành phố Quy Nhơn. Kết hợp với dữ 
liệu thu thập về thủy văn tại các trạm cho thấy mực nước 
tại trạm Thạnh Hòa lúc 10h55’, ngày 04/12/2017 thuộc 
sông Kôn là 8,65m, trên báo động III 0,65m. Độ sâu mực 
nước tương ứng với trạm Diêu Trì trên sông Hà Thanh là 
4,35 m, dưới báo động II là 0,15 m. 
Diện tích mặt nước của các hồ chứa lớn thay đổi không 
lớn trước và trong trận lũ. Kết hợp với dữ liệu lượng mưa 
thu thập tại các trạm thì nguyên nhân gây ra ngập lụt trên 
địa bàn tỉnh Bình Định từ ngày 25/11/2017 đến ngày 
05/12/2017 được xác định là do lượng mưa lớn tập trung ở 
hạ lưu. 
4. Kết luận 
Nghiên cứu đã sử dụng thành công ảnh viễn thám 
Sentinel-1 của Cơ quan Vũ trụ châu Âu kết hợp với mô hình 
số độ cao SRTM để xây dựng bản đồ ngập lụt cho tỉnh Bình 
Định trong trận lũ lớn xảy ra trong năm 2017. Phương pháp 
mới này cho thấy có nhiều thuận lợi bao gồm nguồn dữ liệu 
miễn phí, thu thập ở phạm vi lớn, không phụ thuộc vào điều 
kiện thời tiết, kết quả phân tích nhanh và chính xác. Việc khai 
thác ảnh này sẽ làm giảm được chi phí và thời gian đi điều tra 
các vết lũ. Hướng tiếp cận này mở ra một cách thức mới trong 
việc khắc phục thiếu dữ liệu ở các vùng nghiên cứu. 
Qua kết quả phân tích cho thấy vùng bị ảnh hưởng lớn 
bởi ngập lụt chủ yếu tại hạ lưu của các lưu vực sông và gần 
cửa ra, đặc biệt là tại hạ lưu của lưu vực sông Kôn – Hà 
Thanh. Nguyên nhân gây ra ngập lụt trên địa bàn tỉnh Bình 
Định từ ngày 25/11/2017 đến ngày 05/12/2017 được xác 
định là do lượng mưa lớn tập trung ở khu vực hạ lưu. 
Kết quả nghiên cứu này hy vọng sẽ cung cấp thêm cơ 
sở để hiệu chỉnh cho các mô hình thủy lực và chính quyền 
trong việc xác định các vùng bị ảnh hưởng bởi ngập lụt. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Bộ Tài nguyên và Môi trường, Thông tư 51/2013/TT-BTNMT, Định 
mức kinh tế - kỹ thuật công tác điều tra lũ. 
[2] Earth online, https://earth.esa.int/web/guest/missions/esa-
operational-eo-missions/sentinel-1. 
[3] T. K. Chau, “Mapping extent of flooded areas using Sentinel-1 
satellite image”, Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi và Môi trường, Số 58, 
9/2017, trang 78-82. 
[4] A. Twele, W. Cao, S. Plank, and S. Martinis, “Sentinel-1-based 
flood mapping: A fully automated processing chain”, Int. J. Remote 
Sens., Vol. 37, No. 13, 2016, pp. 2990-3004. 
[5] Ban Chỉ huy Phòng chống thiên tai và Tìm kiếm cứu nạn tỉnh Bình 
Định,  
[6] A. Spatiale Européenne, Sentinel-1: ESA’s Radar Observatory 
Mission for GMES Operational Services, ESA communications 
production, 2012. 
[7] S.-1 Team, Sentinel-1 User Handbook, 2013. 
[8] T. V. A. Lê Minh Hằng, “Nghiên cứu phương pháp trộn ảnh viễn 
thám siêu cao tần Sentinel-1 và ảnh viễn thám quang học”, Tạp chí 
Khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội: Các Khoa học Trái đất và Môi 
trường, Tập 32, Số 1, 2016, trang 18-27. 
[9] Đài khí tượng thuỷ văn - khu vực Nam Trung Bộ, “Đặc điểm khí hậu 
thủy văn tỉnh Bình Định, 2006. 
(BBT nhận bài: 06/02/2018, hoàn tất thủ tục phản biện: 19/3/2018)