Connecting Europe through Intermodal Transportation – Building Efficient Networks and Embracing Digitalization

Intermodal transportation refers to the movement of goods in one and the same loading unit, which uses successively two or more modes—such as rail, road, and maritime—without handling the goods themselves in changing modes. This approach capitalizes on the strengths of each transportation mode, optimizing efficiency, cost-effectiveness, and environmental sustainability. This dissertation investigates continental intermodal transportation in Europe. It thereby focuses on the configuration of intermodal transportation networks and the transformative impact of digitalization. The European intermodal transportation market, characterized by diverse actors, varying laws, and non-standardized processes, presents distinctive challenges. These differences necessitate tailored approaches to address unique circumstances effectively. Given this complexity, multiple research methodologies on different planning levels are employed to systematically explore the structural configuration of transportation networks and the impact of digitalization. Qualitative methods, such as case studies and expert interviews, complement quantitative models by providing contextual and experiential insights and practical knowledge from industry professionals and stakeholders. Case studies are particularly suitable for analyzing the European intermodal transportation market. They allow for in-depth exploration of specific contexts, capturing nuances that broader methods might miss, providing a nuanced understanding of intermodal transportation systems, and helping to develop actionable solutions. The main body of this dissertation is based on five research papers. The first two papers investigate the structural configuration of intermodal transportation networks and its impact on overall system performance. By integrating strategic hub location and tactical service network design models, the research provides deeper insights into network structure, leading to optimized configurations that enhance efficiency and reduce costs. A case study involving a German intermodal operator demonstrates that this integration leads to more realistic and efficient network designs, considering economies of scale and density. In the third paper, the feasibility and benefits of continental intermodal transportation as a possible solution for connecting Asia and Europe are studied. The qualitative analysis of the Trans-Caspian Corridor through interviews with logistics companies and political authorities revealed the intricate geopolitical and strategic challenges influencing the corridor's development.The fourth paper focuses on ETA forecasts in the pre-and post-haulage of intermodal transportation. Digitalization and real-time data significantly improve operational processes in intermodal transportation by enhancing visibility and enabling dynamic adjustments to routing and scheduling. A simulation study shows that ETA forecasts lead to an average cost reduction of 7%. The fifth paper investigates how digitalization drives the evolution of intermodal transportation towards synchromodal transportation, where different transportation modes are seamlessly integrated, providing flexible and adaptive real-time solutions. The integration of digital technologies such as IoT, blockchain, and AI further supports this transition, offering advanced tools for real-time monitoring, data analytics, and decision-making. The findings of this dissertation contribute to both academic knowledge and practical applications, providing valuable insights for policymakers, industry stakeholders, and researchers in the field of intermodal transportation.

Intermodaler Transport bezeichnet den Transport von Gütern in ein und derselben Ladeeinheit Dabei werden nacheinander zwei oder mehr Verkehrsträger– wie Schiene, Straße und Seeverkehr – genutzt ohne dass die Güter selbst beim Wechsel der Verkehrsträger umgeladen werden. Dieser Ansatz nutzt die Stärken jedes Verkehrsträgers und optimiert so die Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit. Diese Dissertation untersucht den intermodalen Transport in Europa. Dabei konzentriert sie sich auf die Konfiguration intermodaler Transportnetze und die transformative Wirkung der Digitalisierung. Der europäische intermodale Transportmarkt, der durch unterschiedliche Akteure, verschiedene Gesetze und nicht standardisierte Prozesse gekennzeichnet ist, stellt besondere Herausforderungen dar. Diese Unterschiede erfordern maßgeschneiderte Ansätze, um den besonderen Umständen effektiv gerecht zu werden. Angesichts dieser Komplexität werden mehrere Forschungsmethoden auf verschiedenen Planungsebenen eingesetzt, um die strukturelle Konfiguration von Verkehrsnetzen und die Auswirkungen der Digitalisierung systematisch zu untersuchen. Qualitative Methoden wie Fallstudien und Experteninterviews ergänzen quantitative Modelle, indem sie kontextbezogene und empirische Einblicke und praktisches Wissen von Branchenexperten und Interessengruppen liefern. Fallstudien eignen sich besonders gut für die Analyse des europäischen intermodalen Verkehrsmarktes. Sie ermöglichen eine eingehende Untersuchung spezifischer Zusammenhänge, erfassen Nuancen, die breitere Methoden möglicherweise übersehen, und vermitteln ein differenziertes Verständnis intermodaler Transportsysteme und helfen bei der Entwicklung umsetzbarer Lösungen. Der Hauptteil dieser Dissertation basiert auf fünf Forschungsarbeiten. Die ersten beiden Arbeiten untersuchen die strukturelle Konfiguration intermodaler Verkehrsnetze und ihre Auswirkungen auf die Gesamtleistung des Systems. Durch die Integration strategischer Modelle für die Standortwahl von Knotenpunkten und taktischer Modelle für die Gestaltung von Servicenetzwerken bietet die Forschung tiefere Einblicke in die Netzwerkstruktur, was zu optimierten Konfigurationen führt, die die Effizienz steigern und die Kosten senken. Eine Fallstudie mit einem deutschen intermodalen Operateuren zeigt, dass diese Integration zu realistischeren und effizienteren Netzwerkdesigns führt, die Skaleneffekte und Dichte berücksichtigen. In der dritten Arbeit werden die Durchführbarkeit und die Vorteile des intermodalen Transports als mögliche Lösung für die Verbindung zwischen Asien und Europa untersucht. Die qualitative Analyse des transkaspischen Korridors durch Interviews mit Logistikunternehmen und politischen Behörden ergab, dass die Entwicklung des Korridors durch komplexe geopolitische und strategische Herausforderungen beeinflusst wird. Der vierte Beitrag konzentriert sich auf ETA-Prognosen im Vor- und Nachlauf des intermodalen Transports. Durch die Digitalisierung und Echtzeitdaten werden die Betriebsabläufe im intermodalen Transport erheblich verbessert, da die Transparenz erhöht und dynamische Anpassungen der Streckenführung und der Zeitplanung ermöglicht werden. Eine Simulationsstudie zeigt, dass ETA-Prognosen zu einer durchschnittlichen Kostensenkung von 7% führen. Der fünfte Artikel untersucht, wie die Digitalisierung die Entwicklung des intermodalen Verkehrs hin zum synchromodalen Verkehr vorantreibt, bei dem verschiedene Verkehrsträger nahtlos integriert werden und flexible und anpassungsfähige Echtzeitlösungen bereitgestellt werden. Die Integration digitaler Technologien wie IoT, Blockchain und KI unterstützt diesen Übergang weiter und bietet fortschrittliche Tools für die Echtzeitüberwachung, Datenanalyse und Entscheidungsfindung. Die Ergebnisse dieser Dissertation tragen sowohl zum akademischen Wissen als auch zu praktischen Anwendungen bei und bieten wertvolle Erkenntnisse für politische Entscheidungsträger, Branchenbeteiligte und Forscher im Bereich des intermodalen Verkehrs.