One of the important aspects of daily activity generation and scheduling that requires consistency concerns the coordination and synchronization of activity-travel patterns of individuals belonging to the same household. Several types of household interactions could be observed within the context of short-term activity-travel scheduling. Household members allocate tasks among one another, make trade-offs between solo and joint activity participation, and often facilitate activity participation for household with restricted mobility. Also, household members allocate and/or share limited resources (i.e. common household vehicle, computer) among one another.

There has been an increasing realization that such household interdependencies have to be accommodated explicitly within comprehensive activity-based models. Regardless of the importance of this type of consistency, modeling household-level decision-making is not a well-developed field, especially in terms of modeling inter-personal task allocation, and inter-personal collaboration in joint activities.

Given this state of the art, this PhD thesis sets out to explore the possibilities of developing a comprehensive model that is able to represent household interaction mechanism in the process of daily activity scheduling.

The fundamental principal underlying the suggested approach is that observed household interactions in daily activity scheduling stems from a Negotiation Process in which household member's: share information, evaluate the information from their local prospective, and jointly come to a decision.

The following research questions were formulated to guide this research:

◇How can household interactions in daily activity scheduling be conceptualized, taking into account variability in behavior and different decision styles?

◇How can this conceptual framework be represented in terms of a mathematical model?

◇Knowing that any model household interactions behavior would necessarily be complex, how can the parameters of the model be estimated?

◇What is the best way of measuring the nature of household interactions of activity-travel patterns, taking into account the embedded attributes of activities?

This thesis reports the analyses that were conducted to provide an answer to these research questions and the results that were obtained.

The motivation of this study stems from current travel behavior and the associated intra-household interactions in Cairo, as a study area. Undertaking joint travel with household and/or non-household members constitutes approximately 41.3% of all trips (total 21 million. trips around 9 million. are joint trips). Further, the empirical results from the recent two-day activity-travel diary survey indicate that across all non-mandatory activity types, more than two-thirds of all episodes are joint episodes, while less than one third is solo episodes ( 65% of all non-mandatory activity episodes in weekday are joint episodes, while joint non-mandatory activity episodes in weekend day constitute 75% of all episodes). This reflects a greater degree of inter-personal and intra-personal interactions patterns and task allocation particularly for Cairo people. Therefore, developing a daily activity and travel schedule model that explicitly accommodate household interactions for Cairo is necessary.

In order to achieve the main goal of the research, four major research steps are being set up. First, a comprehensive analyzes and modeling of the intra-personal and inter-personal interactions in daily activity and travel patterns of individuals in Cairo were carried out. This step has thought to provide more insights into household interactions in daily activity and travel of individuals in Cairo, Egypt. Further, the analysis take account of other factors known to affect the intra and inter-personal dependences associated with daily activity and travel patterns. Second this study proposes a negotiation mechanism of household interactions in daily activity planning. Defining the household negotiation problem in daily activity planning and scheduling, the protocol that the household could use in their negotiation, the strategies that they use while negotiating and the utility that individual use to evaluate offers and counter offers.

Third, the study presents a behavior agent architecture that is used to reproduce the daily activity scheduling behavior of individuals as well as the household. The model designed as a multi-agent simulation system with a negotiation kernel agent. The kernel agent is developed as an evolutionary system that is proved to be able to model the negotiation between two household heads in their activity planning process. This is demonstrated by computational simulations to analyze various situations of negotiation that are difficult to approach mathematically, and proved the feasibility and ability of the suggested evolutionary system. Furthermore, the proposed evolutionary system relaxed the perfect rationality assumption that has been under criticism by researchers. The agents in these simulations are not assumed to be completely rational, but rather they learn by doing, and adjust their negotiation strategies based on feedback from interactions with each other. Evolutionary algorithms (EAs) are used in this thesis to govern the adaptive behavior of the agents in the computational experiments. EAs are increasingly being used to model societies of learning computational agents and humans, especially within the field of agent-based computational economics. As shown in this thesis, EAs can be used effectively for negotiation learning.

Finally, as a fourth step, a new internet based household weekly activity scheduling survey (IDASHA), has been developed to addresses the problem of collecting data on the underlying household activity scheduling process. IDASHA goes beyond previous methodologies by providing a means to observe the planning and scheduling process as it occurs in reality in the household over a multi-day period. The survey has spanned the period between March to April, 2009 In Cairo, Egypt. A total sample consisting of 45 households has been obtained. The IDASHA dataset is utilized to verify the model of household activity scheduling.

In the overall, this research was envisioned as a very important step in the development of an operational, activity-based, travel-demand forecasting system that comprehensively accommodates various intra-personal and inter-personal linkages in daily activity-travel choices.

本論文は、世帯構成員の相互作用を考慮した日常的な活動スケジュール形成モデルを開発したものである。

第一章は、論文の背景として、従来の活動交通分析モデルの大半が個人単位の合理的行動に基づくものであること、一方、カイロ都市圏では世帯構成員の同伴活動・同伴移動が多く、全移動のうち同伴移動が四割(女性では八割)を超えることを指摘し、論文の目的と構成を説明している。

第二章は、活動分析モデル、世帯の相互作用と時間配分モデル、交渉理論の研究レビューを整理し、本研究の基礎となる既存研究の到達点を整理している。

第三章は、日常的な活動スケジュール形成における世帯構成員の相互作用を統計的に検証するために、カイロ都市圏で実施した活動交通調査の結果を用いて、同一世帯内の男性と女性の活動別活動時間の相互関係を、構造方程式を用いて明らかにした。具体的には、拘束的活動ではない活動を、維持活動とレクレーション活動に二分し、それらを自宅内か自宅外か、単独かグループかに四分類した活動時間と、単独かグループかに区分した移動時間と自宅内インターネット利用時間の相互関係を把握した。その結果、世帯構成員の活動時間、移動時間には、「夫婦揃っての自宅外維持活動時間の増加は、妻の自宅内維持活動時間を減少させる」など、役割分担を考慮した強い相互作用の存在を明らかにした。また、インターネット利用時間の増加は、夫婦揃っての自宅外活動時間を増加させることを示した。

第四章は、インターネットを介した応答型の活動スケジュール調査を開発したものである。一週間の日常的な活動スケジュールの実績とその構築過程を把握するため、典型的な繰り返し活動を把握し、曜日別のプレスケジュールを構築し、その上で、当日にどのような活動を追加/削除し、スケジュールをどのように変更したかを記録するシステムを開発した。このように、スケジュールの変更過程を含めて、スケジュール実績を記録する調査手法を開発した意義は大きい。例えば、通勤・通学は一週間以上前に決定され、世帯内の義務的活動は当日決定がほとんどで、維持活動(買物、サービス)は当日決定が66%、レクレーション活動は一週間以上前と当日がそれぞれ45%程度と、活動種類別にスケジュール決定時期の特徴を明らかにした。また、単独活動、世帯内の同伴活動、世帯構成員以外との同伴活動の順に、決定時期が早まることも示された。

第五章は、活動スケジュール決定の重要な要素である活動開始時刻と活動形態(単独、同伴)の決定を、利用可能な選択肢の中から効用最大の選択肢を選ぶ多項ロジットモデルにより定式化し、その具体的な効用関数を推定したものである。既存研究に基づき、開始時刻、活動時間の長さ、スケジュールの遅延・早発の三項目を導入し、同伴活動による効用増加を示す項を追加し、その有用性を実証した。男女の異質性を考慮する変数とともに、一日を四時間帯に分けて、その時間帯に関しては効用関数のパラメータを共通にした点にも特徴がある。

第六章は、世帯構成員の相互作用を考慮した日常的な活動スケジュール形成モデルを構築するため、世帯内のネゴシエーションを説明するサブエージェントを含むモデルの全体像を提示するとともに、そのコアとなる世帯内のネゴシエーションを説明するモデルを開発したものである。第二章のレビューに基づき、Nashの提案したパレート最適戦略を、世帯内のネゴシエーション行動に適用し、交渉時間の経過とともに選択肢の効用が低下することをRubinsteinのλにより表現したモデルを定式化し、第五章で推定した効用関数を用いて、世帯内のネゴシエーションを記述できること、λの設定値により多様な解を導出できることを示した。モデルの全体像は概念提示にとどまる部分が多いが、コアとなる世帯内のネゴシエーションを説明するモデルが構築可能であることを示した点は評価できる。

以上,本論文は、世帯構成員の相互作用を考慮した日常的な活動スケジュール形成モデルの開発に関して、1)日常的な活動スケジュール形成における世帯構成員の相互作用を統計的に検証し、2) インターネットを介した応答型の活動スケジュール調査を開発し、一週間の日常的な活動スケジュールの実績とその構築過程を把握できることを示し、3) 世帯構成員の相互作用を考慮した日常的な活動スケジュールモデルの全体像を提示するとともに、活動時刻と活動形態の選択モデルを定式化し、その推定された効用関数を用いて、世帯内のネゴシエーションを説明するモデルを構築し、その有用性を例示したものである。

なお、本論文は、大森宣暁、原田昇との共同研究であるが、論文提出者が主体となって分析及び検証を行ったもので、論文提出者の寄与が十分であると判断する。

したがって、本論文は博士(環境学)の学位を授与できると認める。