Geotagging / GPS

Es gibt mehrere Satelliten-Navigationssysteme wie das US-amerikanische GPS-System, das russische Glonass und das europäische Galileo, welches sich noch in der Entwicklung befindet. Das bekannteste der Satelliten-Navigationssystem ist dabei das GPS-System.

Alle Satelliten-Navigationssysteme arbeiten mit erdumkreisenden Satelliten, deren Satellitenbahnen sich bei etwa 20.000 km befinden. Da für die Navigation die Signale von mindestens drei Satelliten gleichzeitig empfangen werden müssen, kreisen in allen Satelliten-Navigationssystemen sechs oder mehr Satelliten in mehreren Orbitebenen. Beim GPS-System sind es beispielsweise 21 aktive Satelliten auf sechs Umlaufbahnen.

Das zweidimensionale und dreidimensionale Modell:
Um die exakte Position eines Empfängers mit der Satelliten-Navigation bestimmen zu können, werden die GPS-Frames von mindestens zwei Satelliten benötigt. Man spricht in diesem Fall von einem zweidimensionalen Modell, das keine Höhenangabe berücksichtigt und die GPS-Empfangseinrichtung so behandelt, als ob sie sich auf Meereshöhe befindet.
Für Ortungen mit Höhenermittlung sind die GPS-Signale von mindestens drei Satelliten erforderlich. Es handelt sich dabei um ein dreidimensionales Modell.

Generell wird die Position aus den Signallaufzeiten und den Satellitenpositionen zu der GPS-Empfangstation berechnet. Die Navigations-Satelliten senden kontinuierlich Signale aus, aus denen die Satellitenposition, die Satellitenbahndaten und vor allem der Zeitpunkt der Aussendung des GPS-Signals hervorgehen. Der GPS-Empfänger vergleicht den Zeitpunkt der Aussendung mit seiner eigenen Zeitreferenz und ermittelt aus der Zeitdifferenz die Entfernung des Satelliten. Die errechnete Abweichung von der tatsächlichen Position ist durch die Genauigkeit der eigenen Zeitreferenz gegeben. Das bedeutet, dass je genauer die Zeitreferenz des GPS-Empfängers ist, desto genauer ist die Positionsbestimmung. Ein Zeitfehler von 500 ns ergibt einen Ortungsfehler von 150 m. Da man die Zeitreferenz des Empfängers aber aus Kostengründen nicht beliebig steigern kann, wird die Ortsgenauigkeit über den bekannten Abstand zwischen den Satelliten errechnet.

Obwohl die GPS Satelliten sich in sehr präzisen Umlaufbahnen befinden kommt es zu leichten Schwankungen durch Gravitationskräfte. Die exakten Bahndaten werden jedoch regelmäßig kontrolliert und auch korrigiert und in den Ephemeridendaten zu den Empfängern gesandt. Dadurch bleibt der für die Positionsbestimmung resultierende Fehler mit ca. 2 Metern sehr gering.

 

Quelle: ITWissen.info

 

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  • Die Grundidee, mittels Satelliten ein Navigationssystem aufzubauen, gab es bereits vor dem Zweiten Weltkrieg: Am 11. Mai 1939 meldete der deutsche Ingenieur Karl Hans Janke in Berlin ein Patent für einen „Standortanzeiger, insbesondere für Luftfahrzeuge“ an, welches am 11. November 1943 erteilt wurde. Im Patent geht er von zwei entfernten Körpern (Satelliten) aus, die permanent elektromagnetische Signale senden. Die Signale können empfangen werden und als Vektor auf einem Bildschirm angezeigt werden. Legt man nun eine Karte über den Bildschirm, könne man sogar die Herkunft und Richtung eines Objektes bestimmen.
     

 

  • Ab 1958 von der US-Marine das erste Satellitennavigationssystem Transit entwickelt. Zunächst unter der Bezeichnung Navy Navigation Satellite System (NNSS) wurde es ab 1964 militärisch zur Zielführung ballistischer Raketen auf U-Booten und Flugzeugträgern der US-Marine und ab 1967 auch zivil genutzt und ist seit dem 31. Dezember 1996 außer Betrieb.
     

 

  • Das GPS-Programm wurde im Jahre 1973 gestartet. Der erste GPS-Satellit wurde 1978 in eine Umlaufbahn in 20.200 km Höhe und 63° Bahnneigung geschossen. 1985 startete der letzte Satellit dieser Generation.

 

  • Die Einführung der GPS II Serie startete 1989, im Dezember 1993 wurde die anfängliche Funktionsbereitschaft (Initial Operational Capability) festgestellt. Zu diesem Zeitpunkt waren 24 Satelliten im Einsatz. Die volle Funktionsbereitschaft (Full Operational Capability) wurde im April 1995 erreicht und am 17. Juli 1995 bekanntgegeben.Um nicht-autorisierte Benutzer (potentielle militärische Gegner) von einer genauen Positionsbestimmung auszuschließen, wurde die Genauigkeit für Benutzer, die nicht über einen Schlüssel verfügen, künstlich verschlechtert (Selective Availability = SA, mit einem Fehler von größer 100 m).
     
  • Am 2. Mai 2000 wurde diese künstliche Ungenauigkeit der Satelliten abgeschaltet, ab ca. 4:05 Uhr UTC sendeten alle Satelliten ein SA-freies Signal. Seitdem kann das System auch außerhalb des bisherigen exklusiven Anwendungsbereichs zur präzisen Positionsbestimmung genutzt werden. Dies führte unter anderem zum Aufschwung der Navigationssysteme in Fahrzeugen und im Außenbereich, da der Messfehler nun in mindestens 90 % der Messungen geringer als 10 m ist.

 

  • Am 25. September 2005 brachte eine Delta-II-Rakete den ersten GPS-Satelliten der Baureihe GPS 2R-M (Modernized) in den Weltraum. Die Antenne wurde verbessert und das Sendespektrum um eine zweite zivile Frequenz und zwei neue militärische Signale erweitert. Seit Dezember 2005 im Einsatz, erweiterte der neue Satellit die Flotte der funktionstüchtigen Satelliten auf 28. Momentan sind 32 Satelliten aktiv (Stand Juni 2008). Am 17. August 2009 startete mit GPS 2R-M8 der letzte GPS Satellit dieser Serie mit einer Delta II-Rakete erfolgreich in seine Transferbahn.
     

 

  • Im Mai 2010 soll eine Delta IV Medium+ (4,2) den ersten GPS IIF-1 Satelliten in den GPS Orbit bringen.


Quelle: Wikipedia
 

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Das Prinzip des Geotaggings ist eigentlich sehr einfach, es werden dabei lediglich Ort, Zeit und Bild miteinander koordiniert. Dazu werden die geographischen Koordinaten des Aufnahmestandpunktes direkt beim Fotografieren mit einem GPS-Empfänger bestimmt. Alternativ können die Koordinaten auch später aus einer Karte agbelesen und manuell hinzugefügt werden.

Für das Geotagging benötigt mal lediglich einen GPS-Empfänger, eine Kamera und eine passende Software.

 

Wer den Erwerb eines GPS-Empfängers umgehen möchte, für den bieten Hersteller von Digitalkameras, zumindest im Bereich der Kompaktkameras, eine interessante Lösung an. Mittlerweile haben immer mehr Digitalkameras bereits jetzt schon einen GPS-Empfänger integriert, die Tendenz dabei ist steigend. Dabei speichern die Digitalkameras die Aufnahmezeit und die GPS-Daten in den EXIF-Daten der JPEG-Bilder vor Ort automatisch mit ab. Die Vorteile sind die automatische Synchronisation und das man nicht noch ein zusätzliches Gerät mitnehmen muss.

 

Es gibt drei unterschiedliche Verfahrensweisen, um Fotos mit GPS-Daten zu verknüpfen. Dieses sind die Verortung direkt bei Aufnahme,

Nachträgliche Verortung per GPS-Log und die Nachträgliche Verortung per Karte.

 

1) Verortung direkt bei Aufnahme

Der Vorteil der direkten Verortung ist die geringe Fehleranfälligkeit und der geringe Arbeitsaufwand durch den optimierten Geo-Imaging-Prozess. Die Geo-Koordionaten werden mit dem Foto, im Moment der Aufnahme, zusammen in der Bilddatei gespeichert. Für das Speichern der Koordinaten direkt beim Fotografieren sind GPS-fähige Digitalkameras notwendig. Rechts sehr deutlich zu erkennen, ist der auf der Oberseite der Kamera integrierte GPS-Empfänger.

DMC_TZ_GPS_Ausficht.jpg

Die folgende Grafik veranschaulicht den schematischen Ablauf des automatischen Geotaggings:

gps_internes modul.jpg
(c) kameranet.de

 


 

2) Nachträgliche Verortung per GPS-Log

Sollen die Koordinaten später hinzugefügt werden, ist es notwendig, GPS-Tracks während des Fotografierens aufzuzeichnen. Hierfür kann man Outdoor-GPS-Geräte mit Logfunktion der Route, GPS-PDAs mit Log-Programm oder spezielle GPS-Logger verwenden. Mittels Software lassen sich die Koordinaten aus dem Track dann über den Zeitstempel den Bildern zuordnen. Häufige Fehler ergeben sich durch einen mangelhaften Abgleich von Kamera-Uhrzeit und GPS-Zeitstempel. Deshalb sollte man vor Gebrauch die Uhrzeiten abgleichen oder (auch nachträglich) die Zeitanzeige des GPS-Gerätes oder einer Funkuhr fotografieren, um die Zeitdifferenz ausgleichen zu können.

sony_gps_cs3ka_geotagger.jpg

 Die folgende Grafik veranschaulicht den schematischen Ablauf des nachträglichen Geotaggings:

gps_externes modul.jpg
(c) kameranet.de

 


 

3) Nachträgliche Verortung per Karte
Mit diversen Programmen lässt sich auch nachträglich eine Verortung einzelner Bilder durchführen. Hierzu wird auf der Karte die gewünschte Position bestimmt und die Koordinaten zum Bild hinzugefügt.
Unterstützung dabei findet man z.B. mit dem Freewareprogramm GeoSetter (www.geosetter.de) oder Diensten wie z.B. Picasa. (www.picas.com).

  Textquelle: Wikipedia

 

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GPS - Global Positioning System:

Das GPS, offiziell NAVSTAR GPS, ist ein globales Navigationssatellitensystem zur Positionsbestimmung und Zeitmessung.
Das System wurde seit den 1970er-Jahren vom US-Verteidigungsministerium entwickelt und löste ab etwa 1985 das veraltetete Satellitennavigationssystem der US-Marine ab. Der ursprüngliche und zentrale Einsatz diente zunächst militärischen Zwecken.
Die zivile Nutzung wurde zwar auch ermöglicht, aber mittels einer künstlichen Signalverschlechterung war eine Zielungenauigkeit von bis zu 100m auf das Ziel üblich. Erst seit der Abschaltung der künstlichen Signalverschlechterung (Selective Availability) im Mai 2000 wurde auch für die zivile Nutzung eine Ortungsgenauigkeit in der Größenordnung von 10 Meter sichergestellt.


Mittlerweile hat GPS sich als das weltweit wichtigste Ortungsverfahren etabliert und wird in Navigationssystemen weitverbreitet genutzt. Hinzugekommen ist 2009 die Nutzung von GPS im Bereich der Fotografie, auch als Foto-Verortung oder Geotagging bezeichnet.

Anmerkung: Die offizielle Bezeichnung ist „Navigational Satellite Timing and Ranging - Global Positioning System“ (NAVSTAR-GPS).

Quelle: Wikipedia
 

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anwendung_reise.jpgIm Bereich der Fotografie erfreut sich das Geotagging einer immer stärker werdenden Beliebtheit. So lassen sich Aufnahmeort und Aufnahmezeit dem dort aufgenommenen Foto zuordnen. Mit entsprechender Software oder mittels eines Onlineportals können dann zu den Fotos die entsprechenden Landkarten angezeigt werden. So lassen sich z.B. Reiserouten auch später noch detailliert nachvollziehen.


Noch einen Schritt weiter gehen mittlerweile Digitalkameras, bei denen das aktive GPS-Signal als Basis dazu genutzt wird, das Land und den aktuellen Ort zu erkennen und sogar die dort vorhandene Sehenswürdigkeiten in der Kamera anzuzeigen.

 

Aber auch in den „professionellen“ Bereichen spielt das Geotagging eine wichtige Rolle. So wird Geotagging z.B. in der Raumplanung und dem Tourismus eingesetzt, der Umweltplanung, der Verkehrsplanung und dem Katastrophenschutz. Auch ein häufiges Anwendungsbeispiel ist das zeitsparende Illustrieren eines in einem Stadtplan festgelegten Stadtrundganges mit Bildern von sehenswerten Baudenkmälern.

Ein weiterer Schwerpunkt in der Verwendung von Geotagging ist der Umweltschutz. Spezielle Biotopkarten lassen sich zeitsparend mit aktuellen Detailaufnahmen versehen. Werden nun derartige Karten über einen längeren Zeitraum erstellt, lassen sich Veränderungen im Biotop sehr einfach darstellen.

 

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Abbildung: (c)  kameranet,de