最終更新：2025-12-31

1 LRCC-DVNL夜間光データ

1.1 データの概要

  • LRCC-DVNL夜間光データ（LRCC-DVNL NTL data）を用いる。
  • LRCC-DVNL（Linear trend Registration Continuous Calibrated DVNL）は、1992年から2022年までの長期間をカバーする、世界規模の校正済み夜間光（NTL）データセットである。
  • 低照度地域（LLAs）への注力: 従来のデータセットで軽視されがちだった地球の約80%を占める低照度地域やダークスカイ地域に焦点を当て、微細な光の変化に対する感度を高めている。
  • 長期的なデータの一貫性: 異なるセンサー（DMSP/OLSとNPP/VIIRS）間でのギャップを調整し、30年以上にわたる継続的な観測を可能にしている。
  • 高緯度地域のデータ修復: 2013年の高緯度地域におけるデータ欠損を、残差ニューラルネットワーク（U-Net CNN）を用いて修復している。

1.2 データの技術的仕様

  • 空間解像度: 1,000メートル。
  • 投影法: WGS 1984 Equal Earth Greenwich プロジェクション。
  • データ形式: GeoTIFF形式で提供され、QGISやArcGIS ProなどのGISソフトウェアで処理可能。

1.3 利点と活用分野

  • 高い説明能力: GDPや人口、電力消費といった経済活動指標との相関が非常に高く、既存のデータを凌駕する時間的安定性を示す。
  • 環境モニタリング: 世界遺産や国立公園などの保護区における光害の評価、人間活動の影響分析に特に価値がある。
  • 微細な変化の検出: 観光道路の開通や震災、紛争による夜間光の増減を敏感に捉えることができる。
  • 飽和問題: DMSP/OLSとの一貫性を保つため、光の強度の最大値を63に設定しており、高度に発展した都市部では光の飽和（白飛び）が発生することがある。

1.4 データの入手先

  • LRCC-DVNL夜間光データは、Harvard Dataverseから入手可能である。
  • Tang, hui; Zhong, yongde; Xia, hongling, 2024, “Global nighttime light dataset from 1992 to 2022 with focus on low-light areas（updated）”, https://doi.org/10.7910/DVN/15IKI5, Harvard Dataverse, V2

  • 元論文：Tang, H., Zhong, Y., Deng, J., Xia, H., & Wei, J. (2025). Global nighttime light dataset from 1992 to 2022 with focus on low-light areas. Scientific Data, 12(1), 982. https://doi.org/10.1038/s41597-025-05246-8

1.5 従来のデータとの比較

データセット名 対象期間 空間解像度 特徴・利点 課題・弱点
DMSP/OLS V4 1992–2013 約1,000m 最も初期のデータセット。初期の都市化や経済研究の基盤。 放射校正の欠如。都市部での光の飽和（白飛び）問題。
NPP/VIIRS 2012–現在 約500m 高い空間解像度。飽和問題を解決し、研究の深度を向上。 低照度地域（LLAs）での信号圧縮や消失の可能性。DMSPとの長期的一貫性の欠如。
DVNL (公式) 2013–2019 1,000m 残差U-Net CNNを用いたクロスセンサー校正の先駆け。 2013年の高緯度地域のデータ欠損。DMSP V4との連続性（2013年の急落）に問題。
Li-NTL 1992–2021 1,000m DMSPとVIIRSの調和化を実現。空間的一貫性の向上。 高緯度地域のデータ欠損や雲の影響。低照度地域での輝度過小評価の傾向。
Chen-NTL 2000–2022 500m AEモデルによるクロスセンサー校正。優れた時空間的一貫性。 低照度地域でのデータの損失（輝度が0になる等）。初期の高緯度データ欠損。
LRCC-DVNL 1992–2022 1,000m 低照度地域（LLAs）への高い感度。高緯度データの修復済み。GDP等の経済指標との相関が最も高い。 減少傾向を抑制する連続性補正の仮定（特殊イベント以外）。DMSPとの整合性による上限63の飽和。

2 QGISでのLRCC-DVNL夜間光データの座標系変換

2.1 はじめに

  • LRCC-DVNL夜間光データは、もともとWGS 84 / Equal Earth (EPSG:8857)の座標系で提供されている。
  • EPSG:8857は「全球比較用の等積図法」なので、日本だけを見ると形が歪んでみえる。
  • そのため、平面直角座標系のWorld Geodetic System 1984 （EPSG: 4326）にあらかじめ変換することにする。
  • しかし、座標系の変換にRでは失敗した。具体的には、データが巨大で、Rが停止してしまった。
  • そこで、QGISを用いて、LRCC-DVNL夜間光データの座標系をEPSG:4326（平面直角座標系）に変換する。

2.2 QGISでの座標系変換手順（1）

QGISを起動し、LRCC-DVNL夜間光データのGeoTIFFファイルを読み込む。

  • ターミナルを開く
  • 必要に応じて、以下のコマンドを実行して、PROJ_LIB環境変数を設定する。
  export PROJ_LIB=/Applications/QGIS.app/Contents/Resources/qgis/proj
  • ターミナルから QGIS を起動
/Applications/QGIS.app/Contents/MacOS/QGIS

2.3 QGISでの座標系変換手順（2）

  • 元ファイルをQGISにドラッグアンドドロップして読み込む。
  • メニューから「ラスタ」→「投影変換」→「ラスタの投影変換」を選択。

2.4 QGISでの座標系変換手順（3）

  1. Source CRS [optional]（元の座標参照系）に「EPSG:8857」を選択。
  2. Target CRS [optional]（変換後の座標参照系）に「EPSG:4326」を選択。
  3. Reprojected（変換後のファイル名）に保存先とファイル名を指定。
  • それ以外はデフォルトのままにして、「Run」ボタンを押して、変換を実行。

  • 変換中の画面は、以下の通り。

  • 変換が完了すると、指定したフォルダに新しいTIFファイルが保存されている。
  • 元ファイル（LACC_1992.tif）は16.6MBだったが、変換済みファイル（LACC1992.tif）は1.29 GBと大きくなっている。

  • この変換後のファイルをRで読み込むことで、日本の平面直角座標系での解析が可能になる。

3 RでのLRCC-DVNL夜間光データの読み込み

  • terraパッケージのrast関数を用いて、GeoTIFF形式のVIIRS夜間光データを読み込む。

  • 必要なパッケージのインストールは以下で行える。

install.packages("terra")
install.packages("sf")
install.packages("rnaturalearth")
install.packages("rnaturalearthdata")
library(terra)
## terra 1.8.86
library(sf)
## Linking to GEOS 3.13.0, GDAL 3.8.5, PROJ 9.5.1; sf_use_s2() is TRUE
library(rnaturalearth)

4 日本のシェープファイルの取得

  • rnaturalearthパッケージのne_countries関数を用いて、日本のシェープファイルを取得する。
  • rnaturalearthdataパッケージも必要になるので、インストールが必要。インストールでエラーが出る場合がある。その場合は、過去にインストールしたパッケージをパッケージが所在するフォルダにコピーすることで対処できる。
japan_sf <- rnaturalearth::ne_countries(
  country = "Japan",
  scale = "medium",
  returnclass = "sf"
)

5 RでのLRCC-DVNL夜間光データの読み込み

  • terraパッケージのrast関数を用いて、GeoTIFF形式のLRCC-DVNL夜間光データを読み込む。
library(terra)
ntl <- terra::rast("Data_raw/LRCC-DVNL-QGIS/LACC1992.tif")

6 夜間光データの座標系の確認

6.1 夜間光データの座標系

  • すでに述べたとおり、平面直角座標系EPSG:4326にQGISで変換済みのファイルを使う。
  • terraパッケージのcrs関数を用いて、夜間光データの座標系を確認する。
# 座標系の確認
terra::crs(ntl)
## [1] "GEOGCRS[\"WGS 84\",\n    ENSEMBLE[\"World Geodetic System 1984 ensemble\",\n        MEMBER[\"World Geodetic System 1984 (Transit)\"],\n        MEMBER[\"World Geodetic System 1984 (G730)\"],\n        MEMBER[\"World Geodetic System 1984 (G873)\"],\n        MEMBER[\"World Geodetic System 1984 (G1150)\"],\n        MEMBER[\"World Geodetic System 1984 (G1674)\"],\n        MEMBER[\"World Geodetic System 1984 (G1762)\"],\n        MEMBER[\"World Geodetic System 1984 (G2139)\"],\n        MEMBER[\"World Geodetic System 1984 (G2296)\"],\n        ELLIPSOID[\"WGS 84\",6378137,298.257223563,\n            LENGTHUNIT[\"metre\",1]],\n        ENSEMBLEACCURACY[2.0]],\n    PRIMEM[\"Greenwich\",0,\n        ANGLEUNIT[\"degree\",0.0174532925199433]],\n    CS[ellipsoidal,2],\n        AXIS[\"geodetic latitude (Lat)\",north,\n            ORDER[1],\n            ANGLEUNIT[\"degree\",0.0174532925199433]],\n        AXIS[\"geodetic longitude (Lon)\",east,\n            ORDER[2],\n            ANGLEUNIT[\"degree\",0.0174532925199433]],\n    USAGE[\n        SCOPE[\"Horizontal component of 3D system.\"],\n        AREA[\"World.\"],\n        BBOX[-90,-180,90,180]],\n    ID[\"EPSG\",4326]]"
# データの概要の確認
summary(ntl)
## Warning: [summary] used a sample
##      Band_1       
##  Min.   : 0.0000  
##  1st Qu.: 0.0000  
##  Median : 0.0000  
##  Mean   : 0.3773  
##  3rd Qu.: 0.0000  
##  Max.   :63.0000

6.2 夜間光データの表示

  • plot関数を用いて、夜間光データを表示する。
  • range = c(0.01, 100)で表示光量範囲を指定する。
plot(ntl,
     main = "LRCC-DVNL Nighttime Light Data (1992)",
     range = c(0.01, 100)
     )

6.3 日本ポリゴンの座標系の確認

  • 日本ポリゴンの座標系も平面直角座標系EPSG:4326であることを確認する。
# 日本ポリゴンの座標系の確認
sf::st_crs(japan_sf)
## Coordinate Reference System:
##   User input: WGS 84 
##   wkt:
## GEOGCRS["WGS 84",
##     DATUM["World Geodetic System 1984",
##         ELLIPSOID["WGS 84",6378137,298.257223563,
##             LENGTHUNIT["metre",1]]],
##     PRIMEM["Greenwich",0,
##         ANGLEUNIT["degree",0.0174532925199433]],
##     CS[ellipsoidal,2],
##         AXIS["latitude",north,
##             ORDER[1],
##             ANGLEUNIT["degree",0.0174532925199433]],
##         AXIS["longitude",east,
##             ORDER[2],
##             ANGLEUNIT["degree",0.0174532925199433]],
##     ID["EPSG",4326]]

6.4 日本ポリゴンの表示

  • plot関数を用いて、日本ポリゴンを表示する。
plot(japan_sf$geometry,
     main = "Japan Polygon (EPSG:4326)"
     )

7 夜間光データの日本部分の切り出し

7.1 切り出し

  • terraパッケージのcrop関数とmask関数を用いて、夜間光データの日本部分を切り出す。
# 夜間光データの日本部分の切り出し
ntl_japan_crop <- terra::crop(ntl, japan_sf)
ntl_japan <- terra::mask(ntl_japan_crop, japan_sf)
# データの概要の確認
summary(ntl_japan)
## Warning: [summary] used a sample
##      Band_1     
##  Min.   : 0.00  
##  1st Qu.: 0.00  
##  Median : 6.00  
##  Mean   :13.04  
##  3rd Qu.:18.00  
##  Max.   :63.00  
##  NA's   :91996

7.2 夜間光データの表示

  • plot関数を用いて、夜間光データを表示する。
plot(ntl_japan,
     main = "LRCC-DVNL Nighttime Light Data (1992) - Japan",
     range = c(0.01, 100)
     )

8 データの保存

  • terraパッケージのwriteRaster関数を用いて、切り出した夜間光データをGeoTIFF形式で保存する。
# 切り出した夜間光データの保存
terra::writeRaster(ntl_japan, "Data_output/LRCC-DVNL/ntl_japan_2010.tif", overwrite = TRUE)

参考文献

  • Tang, H., Zhong, Y., Deng, J., Xia, H., & Wei, J. (2025). Global nighttime light dataset from 1992 to 2022 with focus on low-light areas. Scientific Data, 12(1), 982. https://doi.org/10.1038/s41597-025-05246-8