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Der lange Weg zum Topografischen Landschaftsmodell TLM

Im Dezember 2019 wurde der Aufbau des Topografischen Landschaftsmodells TLM offiziell abgeschlossen. Ein Blick in die frühen Zeiten der Digitalisierung bei swisstopo in den 1960er Jahren zeigt, wie tief diese Leistung in langfristigen Bemühungen wurzelt.

13.05.2020 | frf

Virtuelle Darstellung der Altstadt von Bern, aus der Luft gesehen
Bern, mit dem TLM modelliert

Berge, Täler, Flüsse, Häuser, Brücken, Strassen, Wälder – zahllose Objekte prägen die Schweiz. Entsprechend gross war die Herausforderung, die swisstopo mit dem Topografischen Landschaftsmodell TLM zu meistern hatte: In ihm verfügt jedes landschaftsprägende Objekt des Landes über ein digitales Pendant in dreidimensionaler Form. Millionen von Objekten sind in die Datenbank eingepflegt, die wiederum als Grundlage für die Produktion der Landeskarten dient.

Im Jahr 1999 begann die Planung dieser gewaltigen Sammlung raumbezogener Daten zur Schweiz; 2008 nahm der Aufbau des Modells seinen Anfang. Im Dezember 2019 konnte swisstopo den Abschluss des TLM-Aufbaus feiern.

Die ersten elektronischen Rechner bei swisstopo

Der Abschluss des TLM-Aufbaus gehört zu den jüngsten Meilensteinen der Digitalisierung bei swisstopo. Blickt man in die Geschichte der Landestopografie zurück, zeigt sich aber, dass computergestützte Verfahren das Amt seit gut 60 Jahren beschäftigen. Das TLM ist auch im Kontext dieser langen Entwicklung zu sehen.

Im Laufe der 1960er Jahre hielt die «Automation», wie das Delegieren von Berechnungen an elektronische Computer damals hiess, an der Landestopografie Einzug. 1967 respektive 1969 nahm der Bereich Geodäsie mit der Wanderer Conti und der Hewpack 9100 A seine ersten elektronischen Tischrechner in Betrieb. Sie ersetzten analoge Techniken wie Logarithmen, Tabellen für die Winkelfunktionen und mechanische Rechenmaschinen.

Produktbild des elektronischen Tischrechners Hewpack 9100 A, hergestellt Ende 1960er-Jahre
Hewpack 9100 A, der zweite Tischrechner bei swisstopo.

Insbesondere die Hewpack 9100 A eröffnete neue Horizonte: Sie konnte 19 zwölfstellige Zahlen speichern, «mit einem Tastendruck jede Winkelfunktion berechnen» und 500 Additionen pro Sekunde ausführen, wie der Geodät und spätere swisstopo-Direktor Erich Gubler, ein Pionier der Digitalisierung bei swisstopo, 1972 festhielt.

Die grossen Zeitgewinne durch den elektronischen Tischrechner begründeten dessen regen Gebrauch: «Das hat dazu geführt, dass diese Maschine in den Wintermonaten fast den ganzen Tag in Betrieb ist. Nicht selten wird sie dreimal täglich von einem Büro in ein anderes geschoben», so Gubler.

Auch die stets korrekte Rechenarbeit der elektronischen Computer faszinierte die Geodätinnen und Geodäten. Doch gehörten Fehler damit nicht der Vergangenheit an. Sie entstanden zwar kaum mehr beim Ausführen von Rechnungen, wohl aber beim Eintippen der Zahlen sowie beim Programmieren der Maschinen: «Der Computer ist zwar sehr dumm, […] er befolgt aber die Befehle des Programmierers sehr genau und mit unglaublicher Geschwindigkeit.» So beschrieb Erich Gubler 1972 das Verhältnis von Mensch und Computer – seine Diagnose hat kaum an Aktualität verloren.

Das Bild zeigt die schrankgrosse Rechenanlage von IBM.
Zentraleinheit des IBM 360 Modell 50 des RZ EMD

Datentransfer per Post

Bei den aufwändigen Ausgleichsberechnungen von Triangulationsnetzen stiessen die beiden Tischcomputer an ihre Leistungsgrenzen. Entsprechend benötigte die Landestopographie in den Frühzeiten der Digitalisierung rasch grössere Rechenkapazitäten.

Das Rechenzentrum des Eidgenössischen Militärdepartements (RZ EMD) bot den Ingenieurinnen und Ingenieuren der Landestopographie die benötigten Möglichkeiten. Es konnte bis zu 130.000 zehnstellige Werte speichern und ca. eine Million Additionen in einer Sekunde ausführen. Doch waren die Computer der Landestopographie nicht mit dem Grossrechner des EMD verbunden: Die mithilfe der Tischrechner gewonnen Resultate mussten von Hand abgetippt und auf
Lochkarten übertragen werden, die schliesslich den EMD-Rechner fütterten.

Das Übertragen der Lochkarten ans RZ EMD und das Zusenden der Rechenresultate an die Landestopographie erfolgten per Post, was pro Rechenschritt eine Verzögerung von zwei Tagen bedeutete. Erst Ende der 1970er Jahre konnte das Amt seinen ersten Mainframe-Computer, die PRIME 400, per Modem mit dem RZ EMD verbinden.

Modellierung der Altstadt Neuenburgs mit See und Waldgebieten.
Das Zentrum Neuenburgs in der TLM-Visualisierung des Geoportals des Bundes

TLM: ein grosser Digitalisierungsschritt

Der Rückblick in die frühen Zeiten der Digitalisierung bei swisstopo zeigt: Das TLM ist die Fortsetzung einer Entwicklung, die vor knapp 60 Jahren mit einer Tischrechenmaschine ihren Anfang nahm. Nach den ersten Schritten in der Geodäsie folgten in den 1980er und 1990er Jahren digitale Modelle, die auf der Landeskarte 1:25 000 basierten. So entstanden beispielsweise das Höhenmodell DHM25 und das Landschaftsmodell VECTOR25. Der Nachteil solcher kartenbasierten Modelle ist, dass sie die Vereinfachung (Generalisierung) der räumlichen Verhältnisse von den topografischen Karten übernehmen müssen. In Karten ist die Generalisierung notwendig, um deren Les- und Interpretierbarkeit zu gewährleisten.

Aufbau und Nachführung des TLM seit Juni 2008 stellen eine fundamentale Veränderung der Produktionsprozesse bei swisstopo dar. Anders als bisher werden digitale Modelle nicht mehr aus den Landeskarten abgeleitet, sondern die Landeskarten aus dem digitalen Modell – dem TLM. Letzteres entsteht im Unterschied zu seinen kartenbasierten Vorgängern direkt auf Grundlage der Luftbilder. Dies ermöglicht es, ein dreidimensionales, präzises und äusserst detailliertes Landschaftsmodell wie das TLM aufzubauen. Über 25 Millionen Objekte sind darin enthalten; die klar abgrenzbaren unter ihnen wie Häuser oder Strassen verfügen über eine Genauigkeit im Dezimeterbereich.

Das TLM ist ein grosser Schritt der Digitalisierung bei swisstopo. Die Entwicklung über die letzten 60 Jahre zeigt jedoch, dass das Amt die Geodatenproduktion und -bereitstellung stetig optimiert. Es ist zu erwarten, dass swisstopo weitere Digitalisierungsschritte machen wird, die heute noch kaum zu erahnen sind.

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