Optimization of Multimodal Transportation Taking into Account CO2 Emissions

Abstract

EN: The purpose of the study is to improve the theoretical and methodological foundations of multimodal transportation optimization by developing a mathematical approach to selecting the optimal route based on economic, time, and environmental criteria. Particular attention is paid to transportation costs, delivery time, and CO₂ emissions, which enables a comprehensive assessment of the efficiency of alternative logistics solutions and improves the justification of route selection. Methodology. The methodological basis of the study includes a systems approach, mathematical modeling, multicriteria optimization, and comparative analysis of alternative routes. An objective function is proposed that integrates three main efficiency criteria of multimodal transportation: total transportation costs, delivery time, and CO₂ emissions. To ensure their appropriate comparison, the model provides for the normalization of indicators and the use of weighting coefficients, enabling a comprehensive assessment of different delivery options. The practical application of the model is demonstrated using the example of cargo transportation on the Shanghai–Hamburg route, involving maritime, rail, and road transport in different combinations. Results. The main criteria for assessing the efficiency of multimodal logistics solutions are systematized, and the feasibility of their comprehensive consideration when selecting a route is substantiated. It is established that focusing exclusively on transportation costs or delivery time does not provide a comprehensive assessment of transportation efficiency. The proposed approach enables the identification of a balanced route considering economic, time, and environmental characteristics and allows alternative transportation schemes to be compared using an integrated criterion. Originality. The approach to multimodal transportation optimization has been improved by integrating economic, time, and environmental criteria into a unified logistics decision-making model, thereby expanding the possibilities for comprehensive evaluation of transportation alternatives. Practical implications. The proposed model can be applied by transportation and logistics companies to compare alternative routes, justify combinations of transport modes, and improve the efficiency of transportation planning. The approach can be integrated into digital transportation analytics and decision-support systems and adapted to different transportation routes, changes in tariffs, and logistics conditions.

UA: Метою дослідження є удосконалення теоретико-методичних засад оптимізації мультимодальних перевезень шляхом розроблення математичного підходу до вибору оптимального маршруту з урахуванням економічних, часових та екологічних критеріїв. Особливу увагу приділено транспортним витратам, тривалості доставки та обсягу викидів CO₂, що дає змогу комплексно оцінювати ефективність альтернативних логістичних рішень та підвищувати обґрунтованість вибору маршруту. Методика. Методологічну основу дослідження становлять системний підхід, математичне моделювання, багатокритеріальна оптимізація та порівняльний аналіз альтернативних маршрутів. Запропоновано цільову функцію, що інтегрує три основні критерії ефективності мультимодального перевезення: загальні транспортні витрати, час доставки та обсяг викидів CO₂. Для їх коректного порівняння передбачено нормалізацію показників і використання вагових коефіцієнтів, що забезпечує можливість комплексної оцінки різних варіантів доставки. Практичне застосування моделі продемонстровано на прикладі перевезення вантажу за напрямком Шанхай–Гамбург із використанням морського, залізничного та автомобільного транспорту в різних комбінаціях. Результати. Систематизовано основні критерії оцінювання ефективності мультимодальних логістичних рішень та обґрунтовано доцільність їх комплексного врахування під час вибору маршруту. Встановлено, що орієнтація виключно на вартість або час доставки не забезпечує всебічної оцінки ефективності перевезення. Запропонований підхід дає змогу визначати збалансований маршрут з урахуванням економічних, часових та екологічних характеристик і порівнювати альтернативні транспортні схеми за інтегральним критерієм. Наукова новизна. Удосконалено підхід до оптимізації мультимодальних перевезень шляхом інтеграції економічного, часового та екологічного критеріїв у єдину модель прийняття логістичних рішень, що розширює можливості комплексного оцінювання транспортних альтернатив. Практична значимість. Запропонована модель може застосовуватися транспортними та логістичними компаніями для порівняння альтернативних маршрутів, обґрунтування комбінацій видів транспорту та підвищення ефективності планування перевезень. Підхід може бути інтегрований у цифрові системи транспортної аналітики та підтримки прийняття рішень, а також адаптований до різних транспортних напрямків, змін тарифів та логістичних умов.