Das GPS-End-of-week-Rollover - Problem und seine Auswirkung auf museale Digitalkameras

GPS?

Im Global Positioning System „GPS“, einem weltweitem satellitengestütztem metergenauem Navigationssystem gibt es ein aus dem Jahre 1980 stammendes Problem, damals wurde GPS eingeführt. Früher war Speicherplatz und Übertragungskapazität knapp, so daß im GPS-Signal kein absolutes Datum übertragen wird, sondern nur Wochentag und Woche beginnend ab dem 6. 1. 1980. Für die Woche wurden 10 Bit vorgesehen, also können 1024 verschiedene Wochen unterschieden werden. Das entspricht etwa 20 Jahren, nach denen die Woche von 1023 wieder auf Null zurückspringt. Das erste Mal im Jahr 1999 betraf dieses Problem nur militärische und kommerzielle Geräte, die damals noch teuer und selten waren. Seit etwa 2003 wurden GPS-Empfänger immer kleiner und preiswerter, so sind sie anfangs in Navigationsgeräten für Jedermann eingebaut worden, seit etwa 2005 auch in vielen Handys, seit circa 2010 sogar in Kameras. Darum betraf der Rollover 2019 auch wesentlich mehr Geräte, der nächste Rücksprung wird im Jahr 2038 kommen. Zwar wurde inzwischen das GPS-Protokoll um zusätzliche Felder erweitert, die die Woche mit 13 Bit codieren, somit erfolgt ein Rücksprung nur alle 8192 Wochen (ca. 157 Jahre), aber die neuen Felder werten nur Empfänger aus, die nach etwa 2020 gebaut wurden.

Viele ältere Empfänger, die den Rollover 2019 überstanden haben, machen das, indem sie die GPS-Woche mit einem fest einprogrammiertem Wert vergleichen, der zum Zeitpunkt ihrer Herstellung gültig war. Ist die GPS-Woche niedriger als dieser Wert, so gehen sie von einem Startwert April 2019 aus, ist die GPS-Woche höher als der Wert, so nutzen sie als Startwert das Jahr 1999. Bis circa 20 Jahre nach ihrer Herstellung übermitteln sie ein korrektes GPS-Datum, danach springen sie 20 Jahre zurück.

Ältere Empfänger ohne diese GPS-Wochenauswertung nehmen als Startwert immer 1999 und sind somit seit 2019 nicht mehr oder nur noch eingeschränkt nutzbar.

Bei manchen Empfängern mit 10-Bit-Auswertung wird die Datumsermittlung weiterhin richtig sein, diese Geräte erfordern eine manuelle Datumseingabe vor der Positionsbestimmung und zählen ab 1999, 2019, 2038 usw. die von den Satelliten übermittelte GPS-Woche korrekt dazu.

In „musealen“ Digitalkameras (also Kameras aus dem Fundus des Betreibers dieser Website bzw. dem Editor sowie dem Schreiber dieser Zeilen), die GPS eingebaut haben, stecken Empfänger, die alle 1024 Wochen in der Zeit zurückspringen. Im Folgenden stelle ich einige Kameras mit interner oder externer GPS-Unterstützung vor und gehe auf die bei ihnen auftretenden Probleme ein.

Die erste mir bekannte Kamera mit GPS-Unterstützung war die Nikon Profikamera D1H/D1X von 2001. Sie erforderte ein extra zu kaufendes serielles Interfacekabel und einen Receiver eines Fremdanbieters, da Nikon selbst keinen Empfänger anbot.

Nikon D200

Die Nikon D200 erschien 2005 und bietet GPS-Positionsaufzeichnung über die in der 10-poligen Steuer- und Fernauslöserbuchse eingebaute serielle Schnittstelle. Die meisten damals käuflich erwerbbaren GPS-Empfänger boten sowohl USB- als auch seriellen Anschluß. Da Nikon ein bereits allgemein eingeführtes Protokoll für die Übertragung der Daten zwischen Empfänger und Kamera benutzt (NMEA0183 mit 4800 Baud), können viele Empfänger angeschlossen werden. Die meisten erforderten eine eigene Stromversorgung und waren noch recht groß, teilweise wurden sie in das Stativgewinde unter der Kamera geschraubt. In der Kamera-Anleitung wies Nikon auf einige Geräte von Garmin bzw. Magellan hin.

Allerdings ist ein Nikon MC-35 Serial Port Adapter erforderlich, der zwischen Kamera und Empfänger gesteckt werden muß, da damals eine serielle Schnittstelle üblicherweise eine 9-polige D-Sub-Buchse hatte. Dieses MC-35 machte den GPS-Betrieb nur mit heftigem „Kabelsalat“ möglich, bequem war es nicht.

Die D200 zeigt im Statusdisplay einen angeschlossenen Empfänger durch ein blinkendes Symbol an, sofern noch keine Position bestimmt wurde bzw. durch ein dauerhaftes Symbol an, wenn der Empfänger seine GPS-Position ermittelt hat. Die Kamerabelichtungsmessung ist dauerhaft aktiv, solange ein GPS-Gerät angeschlossen ist. Die Kamera-Uhrzeit kann nicht automatisch durch die GPS-Zeit gestellt werden. Im Kameramenü gibt es keinen Eintrag für GPS.

Die D200 hat den Rollover im Jahr 2019 überstanden, sie zeigt das korrekte GPS-Jahr 2022 in den EXIFs an. Allerdings macht sie das auch, wenn das Kameradatum auf das Jahr 2040 vorgestellt ist, somit wird die Kamera ggf. ca. 20 Jahre nach dem Firmwaredatum das aufgezeichnete GPS-Datum wieder rückspringen lassen, also möglicherweise im Jahr 2025 oder 2026 wieder ein GPS-Datum 2005 bzw. 2006 aufzeichnen. Der bestimmte GPS-Ort wird dann mit hoher Wahrscheinlichkeit trotzdem weiterhin korrekt sein.

Sofern der dann verwendete GPS-Empfänger ein GPS-Jahr 2040 übermittelt, kann das aufgezeichnete Datum aber vielleicht doch korrekt sein.

Nikon D300

Die Nikon D300 erschien 2007 und hat GPS-Unterstützung, die zu der in D200 verbauten weitgehend identisch ist. Im Systemmenü gibt es zusätzlich einen Eintrag für die Anzeige der ermittelten Position sowie die Möglichkeit, die Belichtungsmessung bei angeschlossenem GPS-Empfänger dauerhaft eingeschaltet zu lassen oder wie sonst auch üblich nach einer einstellbaren Zeit in Standby wechseln zu lassen. Die Kamerauhr kann weiterhin nicht durch GPS eingestellt werden.

Auch die D300 hat den Rollover 2019 überstanden, sie zeigt das korrekte GPS-Jahr 2022 in den EXIFs an. Allerdings macht sie das auch, wenn das Kameradatum auf das Jahr 2040 vorgestellt ist, somit wird die Kamera ggf. ca. 20 Jahre nach dem Firmwaredatum das aufgezeichnete GPS-Datum wieder rückspringen lassen, also möglicherweise im Jahr 2027 oder 2028 wieder ein GPS-Datum 2007 bzw. 2008 aufzeichnen. Der bestimmte GPS-Ort wird dann mit hoher Wahrscheinlichkeit trotzdem weiterhin korrekt sein.

Sofern der dann verwendete GPS-Empfänger ein GPS-Jahr 2040 übermittelt, kann das aufgezeichnete Datum aber vielleicht doch korrekt sein.

Nikon D700

Die Nikon D700 erschien 2007 und hat GPS-Unterstützung, die zu der in D300 verbauten weitgehend identisch ist. Im Systemmenü gibt es zusätzlich einen Eintrag, der die automatische Übernahme der GPS-Zeit in die kamara-interne Uhr ermöglicht.

Ich habe meine D700 nicht mehr, aber ich vermute Folgendes, da sie in weiten Teilen auf der D300 basiert: sie zeigt das korrekte GPS-Jahr 2022 in den EXIFs an. Allerdings dürfte sie das auch machen, wenn das Kameradatum auf das Jahr 2040 vorgestellt ist, somit wird die Kamera ggf. ca. 20 Jahre nach dem Firmwaredatum das aufgezeichnete GPS-Datum wieder rückspringen lassen, also möglicherweise im Jahr 2028 oder 2029 wieder ein GPS-Datum 2008 bzw. 2009 aufzeichnen. Der bestimmte GPS-Ort wird dann mit hoher Wahrscheinlichkeit trotzdem weiterhin korrekt sein. Sofern der dann verwendete GPS-Empfänger ein GPS-Jahr 2040 übermittelt, kann das aufgezeichnete Datum aber vielleicht doch korrekt sein.

Nikon GP-1 / GP-1a / Phottix Geo One

2007 bot Nikon erstmals einen eigenen GPS-Empfänger an, den GP-1 bzw. den GP1a. Beide sind baugleich, jedoch liegt dem GP-1 ein 10poliges Kabel für die Profi-Nikonkameras bei, dem GP-1a ein Kabel für die Buchse, die in den Amateurmodellen (ab Nikon D80) verbaut ist.

Während die 10polige Buchse eine stabile Steckverbindung mit zusätzlicher Kontermutter ist und um 90° abgewinkelt nach untern geführt wird, wurde in den Amateurkameras eine winzige Buchse mit filigranem Stecker verbaut, der nicht nur weit aus der Kamera heraussteht und somit bruchgefährdet ist, sondern die Schnittstellenabdeckung muß die ganze Zeit aufgeklappt bleiben, so daß auch die anderen Buchsen freiliegen.

Die Steckverbindung am GP-1 ist ebenfalls ein winziger Stecker, der aber weit in die tiefliegende Buchse geschoben wird, so daß er kaum gefährdet ist.

Der GP-1 übermittelt keine Kompass-Daten, die Ausrichtung der Kamera bei der Aufnahme kann somit nicht ausgewertet werden. Der Empfänger benötigt keine eigene Stromversorgung, sondern über das Kabel wird ihm die benötigte Energie aus dem Kamera-Akku geliefert. Der Empfänger kann entweder im Blitzschuh der Kamera montiert werden oder mittels eines im Lieferumfang befindlichen Halters am Kameragurt, so daß der Blitzschuh frei bleibt.

Die Anzeige besteht aus einer rot-grünen LED, blinkt sie rot, so ist noch keine Position bestimmt. Blinkt sie grün, wurden nur drei Satelliten zur Positionsbestimmung gefunden, die aufgezeichnete Position kann ungenau sein. Leuchtet die LED dauerhaft grün, wurden mindestens 4 Satelliten erkannt, die Position ist präziser. Die Standortermittlung wird jede Sekunde aktualisiert.

Da die Fernauslöserbuchse der Kamera durch das GPS-Kabel belegt ist, besitzt der Empfänger eine Buchse für ein extra zu erwerbendes Fernauslösekabel mit 2,5mm-Klinkenstecker.

Der Phottix Geo One ist dem Nikon-Empfänger so ähnlich, daß er mit ziemlicher Sicherheit im selben Werk produziert wurde, allerdings kostete er statt ca. 250 Euro nur etwa 120 Euro, und trotzdem lagen ihm beide Kamera-Anschlußkabel und ein 2,5mm-Fernauslöser bei.

Ich habe den Phottix Geo One 2010 erworben und benutze ihn für alle hier beschriebenen Nikon-Kameras, die eine 10-polige Buchse haben. Das für die Amateurkameras notwendige Adapterkabel ist mir leider beim ersten Fotoausflug verbogen, so daß es nicht mehr funktionierte. Ersatzkabel (Nikon GP1-CA90) sind zwar noch zu bekommen, aber mit über 50 Euro viel zu teuer, zumal sie genauso bruchgefährdet sind, wie mein erstes Kabel. Somit kann ich die Nikon-Amateurkameras leider nicht mit GPS-Empfang testen, obwohl ich etliche davon in der Sammlung habe (z. B. D90, D5000, D3300, Coolpix A uvm.)

Der Geo One hat den Rollover 2019 überstanden, er übermittelt das korrekte GPS-Jahr 2022 in den EXIFs. Allerdings macht er das auch, wenn das Kameradatum auf das Jahr 2040 vorgestellt ist, somit wird die angeschlossene Kamera vermutlich ca. 20 Jahre nach dem Firmwaredatum des Phottix-Empfängers das aufgezeichnete GPS-Datum wieder rückspringen lassen, also möglicherweise im Jahr 2027 oder 2028 wieder ein GPS-Datum 2007 bzw. 2008 aufzeichnen. Der bestimmte GPS-Ort wird dann mit hoher Wahrscheinlichkeit trotzdem weiterhin korrekt sein.

Holux M-241

Der M241 des taiwanesischen Herstellers Holux erschien 2008, er ist ein eigenständiger GPS-Datenlogger, der bis zu 104.000 Punkte im internen Flashspeicher aufzeichnen kann, ausgelesen werden kann er über USB oder über Bluetooth. Außerdem kann er über diese beiden Schnittstellen mit Smartphones oder Kameras gekoppelt werden, um diesen als GPS-Empfänger zu dienen, der Holux hat dazu das weitverbreitete NMEA-Protokoll implementiert. Der GPS-Empfängerchip stammt von Mediatek und ist recht sparsam, eine Batterie hält etwa 10-12 Stunden Daueraufzeichnung durch. Die Aufzeichnungsrate kann eingestellt werden, entweder jede Sekunden oder im Abstand von mehreren Sekunden.

Sein Design erinnert ein wenig an eine Kleinbildpatrone, im „Rückspulknubbel“ auf dem Gehäuse sind zwei Bohrungen, in der sich eine Tragekordel befestigen läßt. Der Empfänger sollte aufrecht benutzt werden, da die GPS-Antenne oben angeordnet ist. Je nach Bewölkung und Himmelssicht kann es bis zu 15 Minuten dauern, bis er eine Position ermittelt hat.

Die Stromversorgung erfolgt durch eine 1,5-Volt-Mignonzelle, laut meiner Erfahrung sollte man Alkalien-Batterien nutzen, mit Akkus schaltet der Empfänger schnell ab. Es gibt eine dreistufige Batterieanzeige. Die angeblich „leeren“ Batterien, mit denen der Holux nicht mehr arbeitet, lassen sich noch sehr gut in kabellosen Mäusen längere Zeit weiterverwenden.

Im zweizeiligem und per LED hinterleuchtbarem Punktmatrixdisplay werden etliche Parameter und Anzeigen gemacht, man kann sich die aktuelle Position anzeigen lassen, die zurückgelegte Wegstrecke in km, die aktuelle Geschwindigkeit uvm. Im Systemmenü können etliche Parameter eingestellt werden, aber leider kein Startdatum. Das Menu ist etwas fummelig, da es nur zwei Tasten gibt, somit ist das Starten einer Aufzeichnung oder das Löschen der Daten eine umständliche Sache.

Meine Erfahrung ist, daß nach dem Beenden einer Aufzeichnung am besten sofort eine kurze weitere Spur von wenigen Punkt angefertigt werden sollte, da ansonsten manche GPS-Auswerteprogramme Probleme haben, die Spuren auseinanderzuhalten.

Der Hersteller ist seit einigen Jahren insolvent, Treiber für Betriebssysteme und die Firmwareupdate-Dateien sind seitdem nur schwer im Netz auffindbar. Die Kopplung per Bluetooth funktioniert meist ohne Treiber, die USB-Verbindung erfordert einen „Übersetzungstreiber“, da der Holux intern eine serielle Schnittstelle per USB bereitstellt.

Der M-241 ist vom GPS-Rollover betroffen, seit 2019 zeichnet er Spuren auf, die er 20 Jahre rückdatiert. Somit macht seine Firmware keinen Vergleich mit seinem Herstelldatum, sondern rechnet immer mit dem Startwert im Jahre 1999. Lediglich zur Anzeige des aktuellen Datums und der Uhrzeit scheint er den Vergleich mit seinem Firmwaredatum zu machen, im Jahr 2022 zeigt er statt des Datums und der Uhrzeit nur Striche im Display an, ich vermute, daß das bis etwa 2028 so bleiben wird, dann werden möglicherweise Datum und Uhrzeit 20 Jahre rückdatiert angezeigt.

2012 verbesserte der Hersteller den Empfänger, der dann als M-241 plus verkauft wurde, das alte Modell wurde jedoch weiterhin zu einem geringerem Preis angeboten. Zum einen hat sich der interne Speicher verdoppelt, zum anderen ist das Rollover-Problem in Angriff genommen worden. Ob ein frei eingebbarer Startwert möglich ist oder die Auswertung durch Vergleich mit dem Firmwaredatum erfolgt, ist mir nicht bekannt. Wer sich heutzutage einen gebrauchten Holux kauft, sollte auf jeden Fall das Plusmodell erwerben.

Leica V-Lux 20

Die Leica V-Lux 20 erschien 2010 und hat einen eingebauten GPS-Empfänger. Er aktualisiert die Position alle 5 Minuten und kann sogar bei ausgeschalteter Kamera die Position ermitteln. Diese Funktion ist abschaltbar und wird verwirrenderweise als „Flugmodus“ bezeichnet. Die kamerainterne Uhr kann durch die GPS-Zeit automatisch gestellt werden.

In der Firmware ist eine umfangreiche Liste von Ländern, Orten und Sehenswürdigkeiten gespeichert, die die V-Lux 20 zusätzlich zur genauen GPS-Position in die EXIFs schreibt, z. B. „Deutschland, Köln, Dom“. Diese Einträge können auch manuell geändert werden, falls die Kamera an Stadtgrenzen oder bei nah beieinanderliegenden Sehenswürdigkeiten evtl. die falschen Angaben aufzeichnen würde.

Die V-Lux 20 hat den Rollover 2019 überstanden, sie zeigt das korrekte GPS-Jahr 2022 in den EXIFs an. Allerdings macht sie das auch, wenn das Kameradatum auf das Jahr 2040 vorgestellt ist, somit wird die Kamera ca. 20 Jahre nach dem Firmwaredatum das aufgezeichnete GPS-Datum wieder rückspringen lassen, also im Jahr 2030 wieder ein GPS-Datum 2010 aufzeichnen. Der bestimmte GPS-Ort wird dann mit hoher Wahrscheinlichkeit trotzdem weiterhin korrekt sein.

Sony alpha 65V

Die Sony alpha 65V erschien 2011 und hat einen eingebauten GPS-Empfänger. Er ermittelt neben der Position auch die aktuelle Kamerageschwindigkeit in km/h. Ein Kompass für die Aufzeichnung der Kamerarichtung ist nicht vorhanden. Die kamerainterne Uhr kann durch die GPS-Zeit automatisch gestellt werden.

Die Kamera hat den Rollover 2019 nicht überstanden, sie zeigt 2022 das inkorrekte GPS-Jahr 2002 in den EXIFs an. Der bestimmte GPS-Ort ist trotzdem weiterhin korrekt. Die aktuelle GPS-Woche wird mit einem internen Wert verglichen, liegt das ermittelte Datum vor der Kameraherstellung, aktualisiert die Kamera die interne Uhr nicht.

Die automatische Uhr-Einstellung durch die GPS-Zeit darf ab 2031 nicht mehr eingeschaltet werden, da die Uhr dann auf 2011 usw. zurückgestellt werden wird.

Pentax O-GPS1 / O-GPS2

Der O-GPS1 erschien 2011 und ist ein externer GPS-Empfänger. Seine Stromversorgung erfolgt durch eine Mignonbatterie und soll für etwa 5 Stunden Betrieb reichen. Die Verbindung zur Kamera erfolgt simpel: Der Empfänger wird in den Blitzschuh montiert, die Datenübertragung erfolgt durch die TTL-Blitzkontakte. Daß bei seiner Benutzung nicht mehr geblitzt werden kann, muß dabei leider in Kauf genommen werden. Dafür haben Pentax-Kameras, die ihn unterstützen, eine einzigartige Funktion: bei Langzeit-Astroaufnahmen wird der beweglich gelagerte Kamerasensor automatisch so bewegt, daß Sterne nicht als Striche, sondern als Punkte abgebildet werden. Die Kamerasoftware nutzt dafür das GPS-Signal und den Kompass des Empfängers sowie die in ihr eingebauten Sensoren für Drehung und Neigung, so daß der Fotograf kaum etwas einstellen muß.

Ob und wie das Rollover-Problem den O-GPS1 betrifft, ist mir nicht bekannt, jedoch stellte Ricoh im Frühjahr 2022 den O-GPS2 vor, der vom Problem vermutlich nicht betroffen sein wird. Er kann zusätzlich auch die Satelliten vom russischem Glonass-System und vom europäischem Galileo-Verbund zur Navigation nutzen.

Nikon D800

Die Nikon D800 erschien 2012 und hat GPS-Unterstützung, die zu der in D700 verbauten praktisch identisch ist. Alles dort gesagte trifft auch auf die D800 zu.

Fazit

Es empfiehlt sich heutzutage, die Aufzeichnung der GPS-Spuren komfortabel mit dem Smartphone zu machen, statt externe GPS-Geräte oder mit Kameras direkt verbundene GPS-Empfänger bzw. deren eingebaute zu nutzen. Die Lösungen an der Kamera bzw. die in den Kameras verbauten haben teilweise Probleme mit dem GPS-Rollover und verbrauchen außerdem recht viel Strom, so daß der Kamera-Akku schnell leer wird. Außerdem ermöglichen die Smartphone-Apps gleichzeitig eine Navigation, so daß sie sowieso im GPS-Modus sind und das Datenaufzeichnen ein „Abfallprodukt“ ist.

Christian Zahn

 

Nachtrag

Ich meine mich zu erinnern die GPS-Funktion meiner Nikon Coolpix P510 2012/2013 mal versuchsweise und erfolgreich aktiviert zu haben. Aber: Man konnte dabei zusehen, wie sich der Akku in Windeseile leerte. Das war trotz Ersatz-Akkus nichts für längere Outdoor-Wanderungen.

Auch die Nikon Coolpix S800c bietet GPS. Auf Christian Zahns vorliegenden Beitrag hatte ich versucht Frühsommer 2022 die GPS-Funktion der S800c zu aktivieren, bin aber gescheitert. Ich bin nicht (mehr) bereit, mehr als eine Viertelstunde rumzuprobieren. Entweder funktioniert so etwas auf Anhieb, oder ich lasse es …

Wie Christian Zahn schon schrieb: Bei Fotorundgängen ist das Smartphone so gut wie immer dabei. Dabei werden immer auch ein paar Bildchen der gerade besuchten Location fotografiert. Das würde mir zur Standortbestimmung reichen. Genutzt habe es dennoch praktisch nie. Vorher, zum Auffinden bestimmter Motive benutze ich gerne Google Maps, Satellite & Co und das Smartphone. Dabei und hinterher nicht den wichtigtuenden Insider spielen. Spezielle Orte behält man für sich und posaunt sie nicht in die sozialen Netzwerke!

Ralf Jannke

 

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