ALOCAÇÃO DE DEMANDA ESCOLAR USANDO ...abepro.org.br/biblioteca/TN_STO_211_253_28482.pdfde estudantes em escolas mais próximas de suas respectivas residências. Diante disto, será

ALOCAÇÃO DE DEMANDA ESCOLAR

USANDO TECNOLOGIA SIG

Daniel da Silva Marques (UFAM)

[email protected]

Caio Ronan Lisboa Pereira (UFAM)

[email protected]

Almir Lima Caggy (UFAM)

[email protected]

Considerando a atual situação de oferta e demanda de matrículas na

rede pública municipal de Manaus, este artigo objetiva a distribuição

ótima de alunos de acordo com a relação origem-destino, através do

uso de Sistemas de Informação Geográficas (SIG). Tal estudo se

fundamenta na normativa institucional que prevê a alocação do

estudante em distância máxima de 1000 metros de sua residência para

a escola, bem como respeitando a Lei de Diretrizes e Bases (LDB).

Deste modo, se propôs o uso do módulo Cost Matrix da ferramenta

Network Analyst, resultando na matriz de distâncias que integrado com

uma interface de consulta de acesso facilitado, permite a construção de

uma lista de escolas próximas a residência do estudante. Assim, o

presente artigo pôde construir uma mudança no fluxo de matrícula

escolar, otimizando a distância do estudante para a escola, bem como

facilitando a decisão da construção de novas escolas, evitando a

ociosidade e máxima capacidade de uso dos estabelecimentos de

ensino.

Palavras-chave: Ensino, distância, otimização

XXXV ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Perspectivas Globais para a Engenharia de Produção Fortaleza, CE, Brasil, 13 a 16 de outubro de 2015.

XXXV ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Perspectivas Globais para a Engenharia de Produção

Fortaleza, CE, Brasil, 13 a 16 de outubro de 2015.

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1. Introdução

A Secretaria Municipal de Educação (SEMED) é o órgão gerenciador das 501 unidades

escolares do município de Manaus/AM, nos níveis de Educação Infantil e Ensino

Fundamental, sendo 412 Escolas na zona urbana e 89 Escolas na zona rural, subdividas nas

áreas ribeirinha e rodoviária.

Figura 1 - Unidades educacionais da rede municipal de Manaus

Fonte: Secretaria Municipal de Educação (SEMED) (2015)

A SEMED executa suas atividades de acordo com as diretrizes da Política Nacional de

Educação (PNE) e, organizacionalmente, é composta por diversos departamentos que

realizam atividades abrangendo desde o planejamento até sua execução.

O presente artigo reporta o trabalho realizado na Divisão de Gestão de Tecnologia da

Informação (DGTI) da SEMED, tal divisão é responsável na Roteirização de Transportes,

Levantamento Topográfico, Elaboração de Projetos para construção de unidades

educacionais, além de auxiliar outros setores na otimização de atividades e apoio a tomada de

decisão.

A Secretaria Municipal de Educação tem a necessidade de entender quais escolas estão com

excesso e/ou escassez de vagas para melhor atender aos alunos, e trabalhar no planejamento



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de localização e construção de unidades educacionais. Deste modo o departamento de

matrícula fica responsável pelo processo de alocação dos alunos e o departamento de

planejamento responsável pelo estudo de implantação de unidades educacionais.

Este projeto apresenta um cenário em que se propõe o procedimento para otimizar a alocação

de estudantes em escolas mais próximas de suas respectivas residências.

Diante disto, será possível proporcionar ao departamento de planejamento, através da análise

de excesso e/ou escassez de capacidades, o estudo de necessidade de construção de novas

unidades educacionais para atender a demanda existente.

Justifica-se este artigo diante de inúmeros benefícios que poderá resultar após sua aplicação.

Benefícios estes:

Reduzir custos com deslocamento de alunos (uso de transporte);

Minimizar ocorrência de escassez ou excesso de vagas oferecidas pelas Escolas;

Reduzir custos para o poder público através da minimização de gastos com vagas

ociosas;

Ganho com aproveitamento escolar e da qualidade de ensino dos alunos;

Apoio ao administrador público no planejamento de novas escolas;

Adequação quanto legislação vigente em relação ao deslocamento residência-escola;

Contribuição para o Planejamento Urbano da cidade de Manaus.

2. Referencial Teórico

2.1. Legislação

Uma das prioridades e objetivos do Plano Nacional de Educação (PNE) é a garantia de ensino

fundamental obrigatório a todas as crianças de 7 a 14 anos, assegurando o seu ingresso e

permanência na escola e a conclusão desse ensino (PNE, 2014).

De acordo com a Lei de Diretrizes e Bases da educação nacional (LDB) artigo 4º § X,

[...] é dever do Estado com a educação pública, garantir a vaga na escola pública de

educação infantil ou de ensino fundamental mais próxima de sua residência a toda

criança a partir do dia em que completar 4 (quatro) anos de idade [...] (LDB, 2013).



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Com base no PNE e na LDB, e considerando o percurso Aluno-Escola a pé, a demanda a ser

atendida pelas instituições municipais de ensino é organizada da seguinte maneira, todos os

alunos na faixa etária de 4 e 5 anos são alocados em Centro Municipal de Educação Infantil

(CMEI) e 6 a 14 anos alocados em Escola Municipal de Educação Fundamental (EMEF).

2.2. Tecnologia SIG

Para processar os dados, optou-se pela utilização de Sistemas de Informação Geográficas -

SIG, haja vista a necessidade de se considerar parâmetros de mobilidade, acessibilidade e

espacialidade.

De acordo com Câmara et. al. (2004), o termo Sistemas de Informação Geográfica (SIG) é

aplicado para sistemas que realizam o tratamento computacional de dados geográficos e

recuperam informações não apenas com base em suas características alfanuméricas, mas

também através de sua localização espacial. Oferecendo ao administrador (urbanista,

planejador, engenheiro) uma visão inédita de seu ambiente de trabalho, em que todas as

informações disponíveis sobre um determinado assunto estão ao seu alcance.

Já Carrara (2007) considera que SIG são essencialmente, sistemas de informação projetados

especialmente para capturar, armazenar, manipular, atualizar, analisar, mapear os dados

espaciais e apresentar todas as informações referenciadas geograficamente.

2.3. Localização-Alocação

Para Pizzolato et. al. (2004), quando os dados do local de moradia dos alunos não estão

disponíveis, pode-se considerar que toda a demanda do setor censitário está localizada no seu

centro de massa (centroide). Dessa forma será possível calcular a demanda existente dentro de

cada região.

Estes problemas podem ser identificados em redes segundo Arakaki & Lorena (2006), sendo

formadas por pontos (nós ou vértices) e linhas (arcos ou arestas), para representar vias

públicas, conexões de água, telefonia, etc. Os vértices representam a concentração de alunos e

as escolas, já os arcos representam os eixos das vias.



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Em geral, várias facilidades serão localizadas, que por sua vez serão alocadas aos seus

clientes e, desta forma, tais problemas são também conhecidos como problemas de

localização-alocação, Mapa & Lima (2012). Neste contexto facilidades são as Escolas e os

Clientes são os alunos.

Dutra (1998) analisou a questão da localização do estabelecimento de ensino e o custo do

deslocamento dos alunos para a cidade de São Carlos – SP com uso do sistema de

informações geográficas – SIG, afirmando que os SIG's aumentam a acurácia e eficiência de

levantamentos de dados referentes à matriz O-D (origem/destino).

3. Desenvolvimento

3.1. Contexto

Baseia-se na necessidade de informações para tomada de decisões estratégicas. Tais

informações são essenciais para garantir o pleno desempenho das atividades inerentes da

secretaria como um todo. São estas:

Existe excesso e/ou escassez de vagas nas Escolas Municipais?

Como se comporta o cenário atual de matrículas?

Os alunos estão matriculados próximos de suas residências? (Normativa institucional

estabelece distância mínima de 1000 m, Aluno-Escola);

Existe necessidade de construção de novas instalações?

Onde construir? Onde a demanda não está sendo atendida?

3.2. Solução Proposta

Aplicação da metodologia de alocação baseada em Ranking de Escolas por distância Aluno-

Escola (considerando eixo das vias e percurso a pé) com vista a otimizar o sistema.

Figura 2 - Etapas do Processo

Fonte: Próprio autor.



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Para calcular o percurso aluno-escola foi utilizado uma ferramenta contida no Software Arc

GIS, chamada Network Analyst, o mesmo permite considerar o eixo das vias de Manaus, após

devidamente configurado, desta forma pode-se obter distâncias com alta precisão do mundo

real.

Diante disto, é possível calcular a matriz Origem-Destino, de múltiplas origens (Residência

do aluno) para múltiplos destinos (Escolas Municipais) de acordo com o fluxograma proposto

no Anexo 2.

O método para determinar as residências dos alunos baseia-se nos setores censitários

estabelecidos pelo IBGE, onde os 63 bairros de Manaus são subdivididos em pequenos grupos

regionais, desta forma é possível concentrar a demanda daquela pequena região e inferir que

um aluno pode estar inserido dentro daquele grupo.

A subdivisão de Manaus em 2.412 setores censitários pode ser vista na Figura 3.

Considerando que na zona rural (Ribeirinha e Rodoviária) são tratados de forma especial. Foi

calculado a Matriz OD apenas para a zona urbana e um exemplo de aplicação para o Bairro

Cidade Nova será apresentado neste.

Figura 3 - Unidades educacionais da rede municipal de Manaus

Fonte: Secretaria Municipal de Educação (SEMED) (2015)



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Após a subdivisão dos bairros de Manaus em 2.412 setores censitários, conforme Figura 3,

calculou-se os centroides. Estes centroides representarão as origens na Matriz OD, e

consequentemente a demanda de alunos daquela pequena região.

Em posse dessas informações é possível executar a rotina Cost Matrix da ferramenta Network

Analyst, selecionando as Origens (centroides dos setores censitários) e os Destinos (Unidades

Educacionais). O resultado será a Matriz de Distâncias.

A classificação das distâncias em ordem crescente dá origem ao Ranking de Escolas mais

próximas para cada região.

Após a obtenção da matriz OD e Ranking de Escolas mais próximas da residência dos alunos,

o setor de matrícula poderá fazer uso da informação para alocar os alunos dentro deste novo

parâmetro, seguindo os passos descritos do fluxograma conforme Anexo 3.

O banco de dados gerado conforme Anexo 1, será carregado dentro de um sistema auxiliar

para consulta de escolas mais próximas, conforme Figura 4, que representa uma tela de

consulta.

Figura 4 - Aplicação para Consulta de Escola mais próxima




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A Tela de Consulta funcionará apenas com a filtragem de um bairro, e inserção do Endereço

e/ou CEP da Localidade, então será feito a busca dessas informações dentro do banco de

dados e será listado a relação de escolas mais próximas por ranking, bem como suas

distâncias a partir daquele endereço.

Este artigo apresenta a aplicação da metodologia no Bairro Cidade Nova, que possui 149

setores censitários – pontos de origens (Residência dos Alunos), e 28 Destinos – (Escolas). O

cruzamento de dados gerou uma matriz de 4.172 possibilidades.

O resultado pode ser visualizado espacialmente na Figura 5, obtido automaticamente a partir

da seleção das primeiras escolas do Ranking de Distâncias.

Figura 5 - Espacialização da Matriz O-D


4. Considerações Finais

A capacidade ofertada pela rede municipal de Manaus não é suficiente para a demanda

existente na zona urbana, de acordo com os dados do IBGE.

Por outro lado, a análise realizada no período de matrícula evidenciou que a capacidade

oferecida não está sendo ocupada totalmente. Deste modo se mostra a importância do

desenvolvimento da aplicação para consulta de escolas mais próximas, onde o mesmo será



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consolidado com informações baseada em critérios mensuráveis, dentro do parâmetro gerado

através da matriz origem destino mostrada anteriormente.

Desta forma, os problemas identificados são estudados através do suporte de informações para

tomada de decisão gerado a partir do novo método de alocação, sendo estes descritos na

Tabela 1. Através de relatórios simples e rápidos o gestor terá condições de planejar propostas

de melhoria.

Por tanto, a metodologia proposta garante a possibilidade de um aluno poder sempre estudar o

mais próximo de sua residência, onde o mesmo terá uma relação de opções de escolas mais

próximas e fará sua escolha. E também, a distância aluno-escola sempre será controlada

através do registro no sistema, para possíveis intervenções, de acordo com necessidades.

Tabela 1 – Problemas identificados X Soluções proposta com a metodologia

PROBLEMAS IDENTIFICADOS SOLUÇÕES

Existe excesso e/ou escassez de vagas nas Escolas? Relatório de %Alocação (Oferta X Demanda)

Relatório de %Alocação (Oferta X Demanda) Como se comporta o cenário atual?

Os alunos estão matriculados próximos de suas

residências? (Legislação: 1 Km) Registro de distância de cada Aluno-Escola;

Existe necessidade de construção de novas instalações? Relatório de %Alocação (Oferta X Demanda)

Onde construir? Onde a demanda não está sendo

atendida? Espacialização dos dados (Perspectiva Visual)

Fonte: Prório autor.



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REFERÊNCIAS

ARAKAKI, R.G.I; LORENA, L.A.N. Uma heurística de localização-alocação (HLA) para

problemas de localização de facilidades. Produção, v. 16, n. 2, p. 319-328, Maio/Ago. 2006.

CAMARA, G.; MONTEIRO, A. M.; MEDEIROS, J. S. Introdução a Ciência da

Geoinformacao. São Jose dos Campos, INPE, 2004.

CARRARA, C. M. Uma aplicação do SIG para localização e alocação de terminais logísticos

em áreas urbanas congestionadas. Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil.

Planejamento e Operação de Sistemas de Transportes. Universidade de São Paulo. Escola de

Engenharia de São Carlos, 2007.

DUTRA, N. G. S. Planejamento de uma rede escolar municipal para reduzir custos de

deslocamentos. Dissertação de mestrado – Escola de Engenharia de São Carlos –

Universidade de São Paulo - 1998.

LEI DE DIRETRIZES E BASES DA EDUCAÇÃO NACIONAL (LDB). Disponível em <

http://portal.mec.gov.br/index.php?option=com_content&view=article&id=12907>. Acessado

em 16 de dezembro de 2014.

MAPA, S.M.A.; LIMA, R.S. Uso combinado de sistemas de informações geográficas para

transportes e programação linear inteira mista em problemas de localização de instalações.

Gest. Prod., São Carlos, v. 19, n. 1, p. 119-136, 2012.

PIZZOLATTO, N.D.; BARROS, A.G.; BARCELOS, F.B.; CANEN, A.G. Localização de

escolas públicas: Síntese de algumas linhas de experiências no Brasil. Pesquisa Operacional,

v.24, n.1, p.111-131, Janeiro a Abril de 2004.

PLANO NACIONAL DE EDUCAÇÃO (PNE). Disponível em <

http://portal.mec.gov.br/index.php?option=com_content&view=article&id=12907>. Acessado

em 16 de dezembro de 2014.

SECRETARIA MUNICIPAL DE EDUCAÇÃO (SEMED), 2015.



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ANEXO

Anexo 1 – Matriz Origem Destino (Obs: demonstração da base de dados)

Cod_Setor Cod_Escola OriginID DestinationID Ranking Total_Comprimento (m)

130260305049 299 57 1 1 1.462,45

130260305049 307 57 17 2 1.508,69

130260305049 282 57 16 3 1.558,69

130260305049 281 57 15 4 1.578,97

130260305049 220000 57 18 5 1.746,62

130260305049 287 57 12 6 1.969,66

130260305049 302 57 13 7 2.327,18

130260305049 306 57 6 8 2.552,03

130260305049 180000 57 19 9 2.884,86

130260305049 303 57 7 10 2.968,25

130260305049 301 57 4 11 3.113,68

130260305049 288 57 11 12 3.119,01

130260305049 304 57 8 13 3.713,47

130260305049 283 57 10 14 3.738,36

130260305049 305 57 2 15 3.803,09

130260305049 286 57 5 16 4.096,36

130260305049 300 57 3 17 4.179,59

130260305049 110000 57 20 18 4.275,93

130260305049 285 57 14 19 4.442,17

130260305049 284 57 9 20 4.747,65

130260305049 247 57 25 21 5.153,20

130260305049 241 57 21 22 5.312,44

130260305049 246 57 24 23 5.464,06

130260305049 245 57 23 24 5.663,90

130260305049 249 57 26 25 5.729,19

130260305049 1370 57 27 26 5.741,01

130260305049 100000 57 28 27 5.886,97

130260305049 248 57 22 28 5.944,10

130260305049 220000 58 18 1 646,89

130260305049 287 58 12 2 856,67



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Anexo 2 – Fluxo do processo de geração de Matriz O-D



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Georreferencia EscolasINÍCIO

Localização das Escolas Atualizadas?

NÃO

Executa ferramenta Network Analyst (Software ArcGIS)

SIM

Atualiza Base de Dados de Escolas

Seleciona Origens (Centroide dos setores Censitários) do Bairro

em questão

Seleciona Destinos (Escolas) do Bairro em

questão

Executa procedimento para calcular distâncias

Origem X Destino

Gera Matriz OD com Ranking de distância Centroide X Escola

FIM

Fonte: Próprio autor



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Anexo 3 – Fluxo do processo de alocação de alunos

Existe vaga no ANO e TURNO do Aluno?

Existe outra opção para o Aluno?

Cadastra Aluno na Escola e sua distância

de deslocamento

SIM NÃO

Reduz uma vaga na Escola para o ANO e TURNO considerados

Contabiliza Aluno sem vaga

Seleciona próxima Escola com menor

distância de deslocamento

NÃO

SIM

Existe mais aluno a ser Alocado?

Calcula o número de alunos não atendidos

pelo processo de Alocação

NÃO

Pesquisa endereço do Aluno

Seleciona o setor censitário que o Aluno

está inserido

Seleciona a Escola com menor distância de

deslocamento para o aluno na Matriz OD

SIM

INÍCIO

FIM

Calcula número de vagas em cada Escola

Fonte: Próprio autor

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