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Bi-Level Optimization for the Effective Utilization of Resources in a Maritime Container Terminal in Case of Unusual Disruptions

Greve, Bennet und Knauer, Matthias und Rajakaruna Wanigasekara, Chathura (2026) Bi-Level Optimization for the Effective Utilization of Resources in a Maritime Container Terminal in Case of Unusual Disruptions. IEEE Access. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. ISSN 2169-3536. (eingereichter Beitrag)

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Kurzfassung

Managing the flow of containers efficiently is a key challenge in modern multi-modal terminals, especially when considering disruptions and unusual scenarios with highly irregular arrival patterns. This paper investigates a bi-level optimization approach for controlling container flows in case of scenarios with large amounts of containers arriving at the terminal within a shorter period of time. Precisely, the upper-level problem aims to determine suitable weighting parameters that influence an efficient handling of disruptions, while the lower-level problem models the resulting container dynamics in a regular setting without any disruptions. The bi-level optimization problem is reformulated via Karush--Kuhn--Tucker conditions and solved numerically as a mathematical program with complementarity constraints. To improve numerical performance, a regularization method and the so called Fischer--Burmeister relaxation technique is investigated. The results indicate that the Fischer--Burmeister relaxation shows a more robust behaviour with respect to changes in the corresponding parameters, compared to the regularization scheme. Thus, it is necessary to choose the parameters carefully to balance solution quality and efficiency. From a practical perspective, the optimized parameters enable a stable container flow management and prevent congestion by effectively utilizing the yard as a buffer, the results show that using bi-level optimization, more than twice as many containers can be stored in the yard. This highlights the potential of bi-level optimization for real-world terminal operations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/228203/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Bi-Level Optimization for the Effective Utilization of Resources in a Maritime Container Terminal in Case of Unusual Disruptions
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Greve, Bennetbennet.greve (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0000-0676-5301NICHT SPEZIFIZIERT
Knauer, Matthiasknauer (at) uni-bremen.dehttps://orcid.org/0000-0003-2340-6284NICHT SPEZIFIZIERT
Rajakaruna Wanigasekara, ChathuraChathura.Wanigasekara (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4371-6108NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:21 Oktober 2026
Erschienen in:IEEE Access
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:2169-3536
Status:eingereichter Beitrag
Stichwörter:Container Terminal Operations, Bi-level Optimization, Optimal Control, Resource Allocation, Unusual Disruptions
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - keine Zuordnung
Standort: Hamburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Instandhaltung und Modifikation > Prozessoptimierung und Digitalisierung
Institut für Maritime Technologien und Antriebssysteme > Energiekonverter und -systeme
Hinterlegt von: Greve, Bennet
Hinterlegt am:02 Nov 2026 15:25
Letzte Änderung:02 Nov 2026 15:25

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