Hintergründe und Funktionsweise von Geotagging

Um Daten über den Aufnahmeort speichern zu können, bedarf es eines automatischen Positionsbestimmungssystems, das mit GPS gegeben ist. Doch bevor erklärt wird, wie man diese Daten aufzeichnet und welche Möglichkeiten sich daraus ergeben, welche Geräte es dafür gibt, welche Software man benötigt und welche Hindernisse sich dabei in den Weg stellen, sollen zunächst ein paar Grundlagen zum Thema GPS vermittelt werden, damit die Zusammenhänge und Arbeitsweise deutlicher werden.

GPS GPS ist die allgemeine Abkürzung für Global Positioning System. Dabei handelt es sich um ein System, das satellitengestützt die aktuelle Position ermittelt. Das bekannteste und am meisten eingesetzte System ist das amerikanische NAVSTAR-GPS System, das im Volksmund einfach mit "GPS " abgekürzt wird. Eine europäische Alternative, die allerdings noch nicht in Betrieb ist, nennt sich Galileo. Momentan kreisen 31 GPS-Satelliten im Orbit auf einer Höhe von etwa 20.000 km (siehe weiterführende Links). Für eine Umrundung der Erde benötigen diese fast 24 Stunden. Sie senden ständig ein Signal mit einer atomgenauen Uhrzeit und der eigenen, aktuellen Position aus.

Ein GPS-Empfänger auf der Erde kann diese Signale auffangen und die Signallaufzeit messen, mit der die Entfernung des Satelliten zum Empfänger bestimmt wird. Funkwellen breiten sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit aus, die Signallaufzeit ist also sehr gering und muss deshalb äußerst genau gemessen werden, um eine brauchbare Entfernungsbestimmung zu ermöglichen. Für eine Genauigkeit von 3 Metern muss die Signallaufzeit auf 10 Nanosekunden, das sind 0,000.000.01 Sekunden, genau gemessen werden. Dem Empfänger reicht es dabei, die Signale von mindestens vier geeigneten Satelliten gleichzeitig zu empfangen, was bei mindestens 24 Satelliten im Orbit, die nie gleichzeitig über einem Punkt der Erde sind, gegeben ist. Dabei sind die Berechnungen aus den Werten Zeit, Position und Entfernung zu den Satelliten zur Positionsbestimmung sehr aufwändig, sofern keine ungefähre Position bekannt ist. Das heißt im Klartext, dass ein neu eingeschaltetes Gerät mehrere Minuten benötigt, bis die Position bestimmt ist. Aktuelle Garmin-Geräte benötigen z. B. ca. 2 Minuten, bis sie ihre Position per Autolocate gefunden haben. Etwa doppelt so schnell geht es, wenn das Gerät schon einmal eingeschaltet und die letzte Position nicht zu weit (maximal einige km) von der aktuellen entfernt ist. Einmal eingeschaltet, bestimmt das Gerät in einem kurzen Zeitintervall (z. B. jede Sekunde) die Position neu und kann anhand der Positionsänderung Dinge wie Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit errechnen, mit Daten über einen längeren Zeitraum sind sogar Beschleunigungsmessungen möglich. Die Positionsdaten können dabei laufend gespeichert werden, wodurch sich ein zurückgelegter Weg verfolgen lässt. In manchen Situationen ist es wichtig, sich diese Funktionsweise bewusst zu machen – ein GPS zeigt niemals an, in welche Richtung man sich aktuell bewegt, sondern immer, in welche Richtung man sich vor kurzem bewegt hat. Meistens macht das aber in der Praxis keinen Unterschied, jedoch kann ein GPS einen Kompass dadurch nicht unbedingt ersetzen, da die Richtung bei Stillstand nicht angezeigt werden kann.

Ein Funksignal hat – je nach Frequenz – bestimmte Ausbreitungseigenschaften. Im Falle von GPS (ca. 1.575 MHz) breitet sich das Signal ähnlich geradlinig wie Licht aus, durchdringt jedoch Wolken fast ungedämpft. Allerdings stellen Bauwerke, auch in Anbetracht der geringen Sendeleistung der Satelliten, ein fast undurchdringbares Hindernis für GPS-Signale dar. Am besten funktionieren GPS-Empfänger daher im Freien. Mit modernsten Geräten (mit z. B. SiRF III Chipsatz) ist unter Umständen ein Signalempfang auch in Gebäuden oder Tunneln möglich, man sollte sich aber nicht darauf verlassen. Ältere Geräte werden zwar oft relativ günstig angeboten, aber Moderne sind aufgrund der besseren Empfangseigenschaften und damit auch einer höheren Genauigkeit und kürzeren Startzeit zu bevorzugen.

GPS und Fotografie Mittels GPS ermittelte Positionsinformationen sind für viele Fotos sehr nützlich und erweitern die Einsatzmöglichkeiten. Durch die Digitalfotografie wurde es möglich, Aufnahmedaten wie Blende, Verschlusszeit, Aufnahmezeit und andere Kameraeinstellungen zu speichern. Dies geschieht in den so genannten EXIF-Daten, die in die JPEG- und auch RAW-Dateien integriert und heutzutage nicht mehr wegzudenken sind. Diese EXIF-Daten bieten auch Platz für Koordinaten, die man mit GPS-Geräten ermitteln kann. Am liebsten würde man diese Daten direkt beim Fotografieren mit ins Foto speichern, was momentan (Stand: Oktober 2007) aber nur mit sehr wenigen Kameras (siehe unten) möglich ist, die sehr viel Geld kosten und praktisch nur im Profibereich Anwendung finden. Kein großer Hersteller baut GPS-Empfänger direkt in eine Kamera ein, obwohl es eigentlich praktisch wäre. Dem Einbau stehen aber nicht nur Innovationsangst und Preis entgegen, sondern auch einige physikalische Gegebenheiten.

Ein Problem ist der Stromverbrauch eines GPS-Gerätes, der durchaus nicht als unerheblich einzustufen ist, insbesondere in Anbetracht der Größe von Kameraakkus. Der Stromverbrauch ist dabei vor allem durch die hohe, aber benötigte Rechenleistung zu erklären. Hier verspricht die allgemeine Weiterentwicklung aber durchaus Besserung – der Stromverbrauch von GPS-Empfängern wurde in den letzten zehn Jahren schon drastisch reduziert.

Das viel größere Problem ist die Einschaltzeit eines GPS-Geräts. Bis die Position bestimmt ist, vergehen 20 bis 60 Sekunden und mehr. Viel zu lang für eine Kamera, mit der auch spontane Schnappschüsse fotografiert werden sollen. Das GPS müsste also ständig mitlaufen, was aber aufgrund des Stromverbrauchs nicht möglich ist – die Kamera wäre vermutlich genau zum falschen Zeitpunkt aufgrund eines leeren Akkus nicht aufnahmebereit. Für dieses Problem gibt es allerdings eine Lösung, die der Zubehörhersteller Jobo anbietet (siehe weiterführende Links).

Letzten Endes spielt auch der Preis für Entwicklung und Hardware eine Rolle. Der Preiskampf ist hart, der Konkurrenzkampf groß – da können 50 EUR Preisunterschied schon dafür sorgen, dass eine Kamera mit GPS nicht gekauft wird, vielleicht auch, weil der Käufer den Nutzen nicht so hoch bewertet. Das Risiko für den Flop eines solchen Kameramodells wäre also auch nicht unerheblich (sicherlich aber einen Versuch wert, wenn bedenkt, was sonst so eingebaut wird, wie z. B. WLAN-Module).

Eine Lösung wäre beispielsweise eine einheitliche Schnittstelle zu GPS-Geräten. Nikon bietet so etwas z. B. bei den ambitionierten DSLR-Kameras oberhalb der 1.000 EUR an. Eine viel näher liegende Lösung allerdings wird nur von einem Nischenprodukt (Caplio G500SE wide) des kleinen Herstellers Ricoh benutzt – nämlich Bluetooth (siehe weiterführende Links). Der Funkstandard ist weit verbreitet, das Protokoll standardisiert, es gibt jede Menge GPS-Empfänger, die ihre Daten per Bluetooth senden. Die Reichweite ist normalerweise zwar gering, aber es reicht, um z. B. einen Empfänger in der Jackentasche oder im Rucksack zu platzieren, während man die Kamera in der Hand hat.

Ein Bluetooth-Modul ist weder besonders teuer, noch würde es die Akkulaufzeit der Kamera allzu sehr schmälern, da es zum einen per Menü ganz abgeschaltet werden könnte und zum anderen auch nur in Betrieb sein müsste, während die Kamera aufnahmebereit ist. Auch die Zeiten, bis eine Bluetooth-Verbindung steht, sind recht kurz. Der Bluetooth GPS-Empfänger, der auch als Bluetooth-GPS-Maus bezeichnet wird, müsste selbstverständlich ständig eingeschaltet sein, wenn man unterwegs ist und Bilder mit Geodaten versehen will. Da das Gerät aber einen eigenen Akku besitzt, sollte eine Laufzeit von ein bis zwei Tagen durchaus möglich sein.

Aufgrund fehlender Anschlussmöglichkeiten von GPS-Geräten an Kameras muss man momentan einen anderen Weg gehen. Mit einem GPS-Gerät zeichnet man die zurückgelegte Route auf, während man mit der Kamera wie gewohnt fotografiert. Die Positionsdaten müssen später am PC in die Fotos eingefügt werden. Dazu ist es notwendig, GPS und Digitalkamera in der Zeit zu synchronisieren, sprich: die Uhr der Digitalkamera möglichst genau nach einer Funkuhr zu stellen. Anhand der Aufnahmezeit können so später die gespeicherten Positionen den richtigen Fotos zugeordnet werden. Es ist zwar prinzipiell möglich, einen Zeitversatz bei der Zuordnung auszugleichen, es ist aber eine mögliche Fehlerquelle und macht den Workflow aufwändiger.

Man sollte beim Geotaggen auch dran denken, dass ein GPS-Empfang in Gebäuden kaum möglich ist. Das kann bei größeren Gebäuden schon mal ärgerlich sein, wüsste man doch z. B. gerne, ob ein bestimmtes Foto nun im West- oder Ostflügel aufgenommen worden ist. Auch das GPS-Gerät bzw. die Software muss mit dieser Situation adäquat umgehen können. Es muss entschieden werden, welche Positionsdaten ein Foto bekommt, welches in der Zeit ohne Empfang aufgenommen wurde – die letzte bekannte Position? Die nächste Bekannte? Ein Wert in der Mitte? Davon ausgehend, dass man das GPS-Gerät vielleicht anzuschalten vergessen hatte, erscheint es sinnvoll, einfach die zeitlich nächste bekannte Position zu übernehmen, was einige Programme auch so machen.

Geeignete GPS-Empfänger Prinzipiell eignen sich alle GPS-Empfänger, die Routen aufzeichnen und diese auch auf einen Computer übertragen können. Weiterhin ist es wichtig, dass dabei gängige Standards, am besten das NMEA-Format, unterstützt werden, mit dem die meisten Programme umgehen können. Die NMEA ist eine maritime Vereinigung (National Marine Electronics Association), die Standards zur Übertragung von Positionsdatensätzen geschaffen hat; aktuell ist NMEA 0183 in der Version 2.3. Einige GPS-Geräte haben ein herstellerspezifisches Format, was den Anwender dazu zwingt, die Daten unter Umständen aufwändig zu konvertieren (dafür gibt es Programme) oder aber die Herstellersoftware zu verwenden. Im Folgenden geben wir einen kurzen Überblick über einige GPS-Empfänger, der keinesfalls einen Anspruch auf Vollständigkeit erhebt.

Sport-GPS: Diese Geräte werden mit einem Armband am Handgelenk getragen. Sie sind klein und eignen sich vor allem für Menschen, die draußen Sport wie z. B. Joggen betreiben. Tracks lassen sich aufzeichnen und per Datenkabel an den Computer übertragen.

Hand-GPS: Diese Geräte sind etwas größer als die für das Handgelenk. Sie bieten vor allem ein größeres Display und sind mehr auf Navigation ausgelegt. Teurere Geräte verfügen über Farbbildschirme und zukaufbare Karten, in denen man direkt navigieren kann. Über Funktionen zum Aufzeichnen mehrerer Routen verfügen die Geräte in jedem Fall. Auch das NMEA-Datenformat wird in der Regel unterstützt. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit der externen Spannungsversorgung z. B. im Auto.

Data-Logger: Einige GPS-Empfänger verfügen zusätzlich über eine Logger-Funktion, um Positionsdaten kontinuierlich im internen Speicher abzulegen, sofern sie eingeschaltet sind und ein Signal empfangen. Hierbei handelt es sich entweder um reine Datenlogger oder aber um Bluetooth-GPS-Mäuse mit zusätzlicher Loggerfunktion.

Neben diesen Geräteklassen gibt es spezielle, auf Fotografie zugeschnittene Geräte, von denen wir zwei detaillierter vorstellen möchten.

Sony GPS-CS1: Dieses handliche Gerät tut nur eins – GPS-Tracks aufzeichnen. Es verfügt lediglich über ein paar LEDs zur Statusanzeige und kann z. B. bequem am Gürtel getragen werden. Die Empfangsleistung ist ziemlich gut. Das Gerät arbeitet mit einer einzelnen AA-Batterie (Mignon-Zelle), es kann auch ein entsprechender Akku eingesetzt werden. Eine Batterieladung reicht für mehr als einen Tag, allerdings nicht ganz für zwei, weshalb man sicherheitshalber bei Akkueinsatz selbigen über Nacht aufladen sollte. Das Gerät leistet klaglos seinen Dienst. Die Tracks werden allerdings in einem proprietären Format abgespeichert, so dass man die Sony-Software benutzen muss, um die Daten in Fotos schreiben zu können. Ein kleines Ärgernis dabei ist, dass man einen Zeitversatz nur in vollen Stunden ausgleichen kann, so dass wenigstens die Minuten der Kamera genau gehen sollten. Immerhin kann man das Gerät seit dem Update im März 2007 (GPS-CS1KA, siehe weiterführende Links) auch mit Kameras anderer Hersteller kombinieren. Die mitgelieferte Software schreibt die GPS-Daten nicht nur in die Fotos, sondern kann auf Knopfdruck auch ein Browserfenster öffnen, das eine Sony-Seite mit eingebettetem Google Maps und dem in der Karte platzierten Foto (oder mehreren) anzeigt.

Jobo photoGPS: Dieses Gerät wurde ganz speziell für Digitalkameras mit Blitzschuh konzipiert, richtet sich also eher an ambitionierte Anwender. Dabei bedient es sich eines besonderen Tricks, um sehr Strom sparend zu arbeiten. Das Jobo photoGPS selbst berechnet gar keine Positionsdaten, sondern zeichnet lediglich die zum Zeitpunkt des Fotografierens empfangenen Satellitensignale auf. Diese werden später am Computer, wo genügend Zeit und Rechenleistung zur Verfügung stehen, in Koordinaten umgewandelt. Dadurch kann das Jobo-Gerät im Gegensatz zu normalen GPS-Empfängern natürlich auch keine Tracks aufzeichnen. Dafür ist der Stromverbrauch des Geräts äußerst gering, und die Batterien sollen ein ganzes Jahr lang reichen. Das Jobo photoGPS kommt erst in den nächsten Wochen auf den Markt, so dass wir es bisher noch nicht ausprobieren konnten. Die Jobo-Software soll nicht nur die Koordinaten berechnen, sondern mit Hilfe von Internet-Datenbanken auch gleich Informationen zum Aufnahmeort, wie z. B. interessante Sehenswürdigkeiten, liefern.

Bei allen Geräten sollte man die Akkulaufzeit beachten – diese sollte lang genug sein, um mindestens einen Tag zu überstehen, so dass man zwischendurch keine neuen Batterien einlegen oder gar laden muss – in der Nacht hingegen kann man das Gerät (bzw. dessen Akkus) wieder aufladen, da es sowieso nicht gebraucht wird.

Software und Visualisierung Mit der Aufzeichnung der Koordinaten und dem Schreiben selbiger in die EXIF-Daten der Fotos ist es nicht getan. Die Fotos müssen auch irgendwie in eine digitale Landkarte eingebaut werden. Solche sind allerdings sehr teuer. Alternativen sind Google Maps und Google Earth. Beide Lösungen ermöglichen die kostenlose Nutzung von Landkarten sowohl mit Straßendaten als auch hoch auflösenden Satellitenbildern. Das hat jedoch den Nachteil, dass man eine Hochgeschwindigkeits-Internetverbindung (z. B. DSL) benötigt, da die Daten aus dem Internet geladen werden müssen. Trotzdem setzen viele Programme auf diese Lösungen, da sie für den Nutzer kostenlos sind.

Eine weitere Möglichkeit stellen Webseiten dar, die ebenfalls mit Google Maps zusammen arbeiten und den Upload von Fotos mit Positionsdaten ermöglichen. Im Folgenden sind exemplarisch einige nützliche Programme im Zusammenhang mit GPS und Fotos aufgeführt, auch diese Zusammenstellung erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit.

Picopolo ist eine Bilderdatenbank, die auch Landkarten einbinden kann (siehe weiterführende Links). Allerdings müssen diese dazu gekauft oder mühsam eingescannt werden, in der kostenlosen Variante stehen (insbesondere bei der Weltkarte) nur niedrig auflösende Karten zur Verfügung. Trotzdem ist die Software durchaus interessant und kann Daten aus GPS-Tracks in die EXIF-Felder von Fotos schreiben.

Eine weitere Möglichkeit ist locr GPS Photo. Das kleine Programm kann nicht viel mehr als GPS-Daten auf verschiedenen Wegen in Fotos schreiben und diese auf einer Karte anzeigen, die Google Maps zur Verfügung stellt. Darüber hinaus kann man die Fotos direkt in die Community hochladen (was jedoch nicht Pflicht ist), womit man ein praktisches, kleines Tool in der Hand hat. FixFoto-Benutzer haben ebenfalls ein mächtiges Werkzeug in der Hand, mit dem nicht nur Fotos bearbeitet werden können, sondern womit auch das Geotaggen mit Fotos und GPS-Tracks möglich ist.

Neben locr gibt es noch zwei weitere Webseiten, die sich explizit auf Geotagging spezialisiert haben. Das ist zum einen Communitywalk (siehe weiterführende Links) als auch Panoramio, eine Webseite von Google. Letztere hat den Vorteil, dass die Fotos auch für andere sichtbar im Programm Google Earth angezeigt werden können. Die kostenlose Software Panorado Flyer (siehe weiterführende Links) arbeitet ebenfalls mit Google Earth zusammen, allerdings lokal auf dem eigenen Computer. Mit ihrer Hilfe können nicht nur Fotos zu einer Position in Google Earth zugeordnet werden, sondern es ist auch möglich, mit einem Mausklick zu dem Aufnahmeort eines Fotos zu "fliegen". Auch andere Software arbeitet mit Google Earth zusammen, z. B. RoboGEO (siehe weiterführende Links). Es funktioniert ähnlich wie der Panorado Flyer, kann aber noch viel mehr, so ist es beispielsweise möglich, die Daten oder auch Fotos zu exportieren. Ein Upload bei Flickr ist genauso möglich wie die Nutzung von Yahoo! Maps oder Google Maps.

Mac-Anwendern steht mit GPSPhotoLinker ein kleines Tool zur Verfügung, um Datentracks aus GPS-Geräten auszulesen und Koordinaten in Fotos zu schreiben (siehe weiterführende Links).

Mit allen Programmen geht die Erweiterung der Fotos um Aufnahmekoordinaten in der Regel verlustfrei vonstatten. Die Fotos müssen dazu nicht dekomprimiert und erneut komprimiert werden, sondern es werden lediglich die EXIF-Daten ergänzt.

Ein momentan noch großes Problem sind RAW-Dateien. Alle genannten Programme können die Positionsdaten lediglich in die EXIF-Felder von JPEG-Dateien schreiben. Aber auch RAW-Dateien enthalten Aufnahmeinformationen, die grundsätzlich durch Geoinformationen ergänzt werden können. Es gibt zwar einen komplizierten Weg über Perl-Skripte, der jedoch für Anwender ohne Programmierkenntnisse kaum praktizierbar ist. Hier ist eine einfache Softwarelösung gefragt, denn gerade RAW-Dateien sind besonders bei ambitionierten Anwendern beliebt als "digitales Negativ", aus dem man benötigte Endformate erzeugt. Ein Ansatz ist die Software gpicsync (siehe weiterführende Links), die allerdings noch nicht alle RAW-Formate unterstützt (Olympus und Panasonic sind in der Testphase – Stand: Oktober 2007). Eine Alternative ist die Archivierung aufgezeichneter GPS-Tracks zusammen mit den RAW-Dateien, dann können die Koordinaten nach dem Entwickeln der RAWs in die JPEG-Dateien integriert werden.

Ein kurzer Blick über den Tellerrand Auch wenn man die Fotofunktionen von Mobiltelefonen nicht für voll nehmen mag, so gibt es doch Dinge, die mit einem Mobiltelefon möglich sind, die man sich so auch für normale Digitalkameras wünschen würde. Wenn man im Besitz eines Mobiltelefons mit Windows Mobile 5 oder Symbian-Betriebssystem, Bluetooth und Kamera sowie eines Bluetooth GPS-Empfängers (oder eines im Mobiltelefon eingebauten GPS) ist, kann man sich auf locr (siehe weiterführende Links) eine kleine, nützliche Software herunter laden. Die locr GPS Photo for Symbian (oder Windows Mobile 5) Software verbindet sich mit dem Bluetooth GPS und liest dessen Positionsdaten aus. Macht man nun mit der Software über die Mobiltelefonkamera ein Foto, werden auch gleich die Positionsdaten in die EXIF-Felder geschrieben, und man hat anschließend die Möglichkeit, das Foto gleich per GPRS oder UMTS in die locr Online-Community hochzuladen, so dass Besucher das Foto an der richtigen Stelle in der Landkarte sehen können. So steht z. B. einem Online-Urlaubsgruß nichts mehr im Wege.

Fazit Auch wenn es für Konsumenten keine Fertiglösung in Form einer Kamera mit eingebautem GPS gibt, hat man doch viele, teilweise recht mühsame Möglichkeiten, Geotagging für seine Fotos zu betreiben. Hat man erst einmal die richtige Hard- und Software sowie einen Workflow, gestaltet es sich recht einfach, GPS-Daten in die Fotos zu speichern. Dabei bleiben allerdings einige Hürden, die beachtet werden müssen. Hier sind sowohl findige Programmierer als auch große Softwarehäuser und Kamerahersteller gefragt, brauchbare Lösungen für Otto-Normal-Verbraucher zu entwickeln und auf den Markt zu bringen. Wir werden das Thema Geotagging für unsere Leser im Auge behalten und über interessante Software, Hardware und Webseiten berichten.