22º Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental 14 a 19 de Setembro 2003 - Joinville - Santa Catarina
III-063 - O USO DO SIG NA ROTEIRIZAÇÃO DE VEICULOS DE COLETA DE RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS
Adriane Gomes Rodrigues Batata (1)
Arquiteta e Urbanista pela Pontifícia Universidade Católica de Campinas; Mestranda em Planejamento Urbano e Regional pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (PROPUR/UFRGS).
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RESUMO
A questão do gerenciamento de resíduos sólidos urbanos, tem se configurado num grande desafio a ser enfrentado pelas administrações das principais metrópoles do mundo. No Brasil, o ge renciamento dos resíduos sólidos absorve de 7 a 15% (sete a quinze por cento) do orçamento municipal, sendo que destes cerca de 50 a 70% são destinados a coleta e ao transporte de resíduos sólidos, o que demonstra a importância do planejamento de coleta e transporte visando a redução dos custos do serviço e a relevância do projeto eficiente de roteirização da coleta de resíduos sólidos. Este trabalho pretende realizar uma revisão da literatura existente em torno do planejamento de rotas de veículos de coleta de resíduos sólidos urbanos e investigar o uso de SIGs neste processo.
PALAVRAS-CHAVE: SIG, Coleta de Resíduos, Roteirização, Custos.
INTRODUÇÃO
programa de gerenciamento de resíduos sólidos urbanos . Entre eles estão a inexistência de uma política brasileira de limpeza pública; a descontinuidade político-administrativa; as limitações financeiras; a falta de capacidade técnica e profissional; e a ausência de controle por parte dos órgãos ambientais.
Neste sentido, recentemente, alguns aplicativos computacionais têm sido desenvolvidos para definição de roteiros de veículos, podendo ser utilizados nos serviços de coleta de resíduos, e permitem considerar algumas restrições, possibilitando a definição de um conjunto de rotas que atendam uma região assegurando um percurso com menor custo, através da utilização de modelos matemáticos.
Dentre estes, tanto o software mais simples (que requer a entrada manual de dados e o uso de distâncias euclidianas), quanto os mais sofisticados como os Sistemas de Informação Geográfica, visam estimar a distancia de viagem e o tempo de coleta.
Segundo Lo ureiro e Ralston (1996), os SIGs podem ser utilizados em diversas áreas e aplicações, entre as quais: o tratamento puro de dados geográficos, como ferramenta para a solução de problemas de caráter analítico e espacial, ou ainda em alguns ramos de pesquisa operacional como sistema de distribuição e roteamento e em problemas relacionados a redes de transportes.
Neste artigo será abordada a utilização dos SIGs como ferramentas utilizadas na otimização do transporte de coleta de resíduos sólidos municipais, visando verificar as potencialidades apresentadas por estes softwares.
GERENCIAMENTO DE RESÍDUOS SÓLIDOS MUNICIPAIS: COLETA E TRANSPORTE
No Brasil, o gerenciamento de resíduos sólidos é de responsabilidade das administrações municipais, e segundo IPT (2000) absorve entre 7 e 15% (sete e quinze por cento) do orçamento do município, sendo que deste valor, cerca de 50 a 70% são destinados ao
serviço de coleta e transporte de resíduos sólidos urbanos, que geralmente são terciarizados. As administrações municipais definem os itinerários da coleta e o locais de transbordo e/ou destinação final, atribuindo na maioria das vezes à empresa contratada o dimensionamento dos setores e a determinação das rotas (roteirização) de coleta de resíduos.
Freqüentemente, as rotas (ou roteiros) dos veículos coletoras são definidas empiricamente em mapas pelo motorista do caminhão coletor, considerando o sentido das vias e as
características da área (comercial, residencial, industrial) que influenciam nas freqüências e horários da coleta, resultando, algumas vezes, em serviços ineficientes e de baixa
qualidade.
veículo coletor deve percorrer entre um setor e o destino final (depósito de resíduos ou transbordo ), num determinado intervalo de tempo, transportando o máximo de resíduos, num mínimo de percurso improdutivo (ocioso) com menos desgaste para o veículo e para a equipe coletora.
Portanto, de acordo com Carvalho e Loureiro (2000), a roteirização é a fase onde se pode incorrer em maiores economias, uma vez que, a maior parte das distâncias e tempos de trabalho é consumida no processo de coleta de resíduos nos setores.
Outro fator que pode incorrer em economia, é a localização dos setores de coleta em relação ao aterro e/ou transbordo e a garagem que resultam em economias de distância nos percursos de transporte de resíduos, enquanto que a quantidade, a localização e a
compacidade podem resultar em economias de tempo de percurso das rotas. Segundo Carvalho e Loureiro (2000), alguns parâmetros devem ser observados no dimensionamento dos setores de coleta domiciliar, como: as características da malha urbana; o número de viagens (setor- aterro ou transbordo - setor) à serem realizadas; a quantidade de resíduos coletados por viagem; a distância entre o setor e o aterro ou
transbordo, a velocidade de deslocamento no setor durante a coleta e fora dela (em trechos já coletados); velocidade de deslocamento fora do setor
Caranzza, (1997) acrescenta ainda, como fatores que devem ser avaliados na definição de um sistema de rotas para veículos coletores de resíduos sólidos, a capacidade e as restrições da equipe de trabalhadores (entre os quais, o custo de horas extras) e de equipamentos, quantidade de resíduos a ser coletado (conforme a sazonalidade), e as capacidades e restrições físicas (geográficas) dos setores.
Portanto, a roteirização de veículos de coleta de resíduos sólidos, deve buscar um itinerário ideal de coleta, tendo como objetivo minimizar o tempo de viagem, minimizar a distância total percorrida pela frota de veículos entre o setor de coleta e o destino final (aterro e/ou transbordo) e reduzir os custos operacionais, considerando algumas restrições como a capacidade dos veículos, a distância máxima que estes devem percorrer, o tempo de viagem, a freqüência e o número de equipes, entre outras.
PROBLEMAS DE ROTEIRIZAÇÃO DE VEÍCULOS
A roteirização, segundo Cunha (2000), consiste em definir qual a melhor seqüência de pontos caracterizados como nós de uma rede ou segmentos de vias, usualmente
denominados como arcos a serem percorridos por veículos ou pessoas, passando por locais pré-determinados, com o objetivo de minimizar o custo, à distância ou tempo.
Com relação ao tipo de modelagem, dois problemas de roteirização podem ser considerados clássicos: o Problema do Caixeiro Viajante (PCV) que se insere nos problemas de
roteirização em nós ou NRP (Node Routing Problems) e o Problema do Carteiro Chinês, inserido nos problemas de roteirização em arcos ou ARP (Arc Routing Problems), este último bas tante aplicado na solução de diversos problemas encontrados no setor público, como na roteirização e programação da coleta de resíduos em vias públicas e de varrição de ruas, na roteirização de carteiros, leitura de medidores de água e luz, etc.
No Problema do Carteiro Chinês (PCC) os locais de atendimento encontram-se distribuídos ao longo de arcos a serem percorridos, ou seja, todo o trecho da via (arco) deve ser
percorrido na realização do serviço (entrega de correspondência, coleta de resíduos sólidos, entre outros) buscando minimizar o percurso ocioso (decorrente da necessidade de passar em um arco mais de uma vez, já que todos os arcos precisam ser percorridos) e reduzir os custos do percurso que pode ou não apresentar restrições.
Os modelos de roteirização em arcos encontram-se relacionados a teoria dos grafos postulada por Leonhard Euler em 1736, que definiu as condições necessárias para a
obtenção de um percurso mais curto e do chamado ciclo Euleriano , que foi posteriormente utilizada pelo matemático chinês Guan (1962) na elaboração do PCC (Problema do Carteiro Chinês).
Os problemas de roteirização em arcos apresentam características relacionadas a operações reais como por exemplo a definição de operações de coleta, de entrega ou mistas,
determinação de coeficiente de custo associado (tempo, distância, custo de operação), função objetivo (minimização de custos, distâncias, tempo, ou ainda de número de veículos de força de trabalho), restrições e condicionantes, entre outras, necessitando para ser solucionado o desenvolvimento de algoritmos mais complexos.
Neste contexto, de acordo com Bodin (1983), o avanço da ciência da computação foi um dos fatores que contribuiu significativamente ao desenvolvimento de sistemas para roteirização de veículos, em especial na pesquisa sobre o ARP, ao possibilitar a implementação de algoritmos mais complexos.
A partir da década de 70, alguns softwares computacionais foram desenvolvidos para definição de roteirização de veículos.
Entretanto somente na década de 80 foram desenvolvidos softwares que permitiram a inserção de dados representativos do sistema viário, as restrições de circulação de veículos (mão de direção, conversões proibidas e permitidas) e estimativas de tempo, buscando através da utilização de modelos e algoritmos matemáticos, um conjunto de roteiros eficientes e com menor custo, os chamados sistemas de informações geográficas (SIGs).
Conforme Teixeira et al. (1992), os SIGs são softwares que gerenciam e integram três tipos de arquivos: banco de dados, arquivos geográficos e arquivos de pontos e, cuja tecnologia de coleta, armazenamento, análise e tratamento de dados espaciais e temporais, além da geração de informações, tem facilitado o manuseio de grande número de dados, auxiliando e agilizando o planejamento, a gerência e a tomada de decisões.
Segundo Burrough (1994), o SIGs são sistemas capazes de representar o mundo real, pelo fato dos dados poderem ser acessados, transformados, e manipulados interativamente, onde cada aspecto, variável, característica e/ou propriedades do mundo real é representado por um único mapa (plano ou camada de informação) formando um conjunto.
O que difere o SIG de outro aplicativo, é o fato deste apresentar-se não apenas como um simples inventário de informação ou mero auxílio à produção cartográfica, e sim à diversas modelagens e simulações através da associação de informações, representadas na forma de "níveis de informação" ou "layers", e potencialidade dos bancos de dados automatizados. Os SIGs possibilitam, portanto, a associação de atributos espaciais contínuos - onde em cada posição no espaço existem propriedades, ou seja, superfícies contínuas como topografia, uso e tipo de solo - e discretos, onde os entes (objetos) ocupam uma posição particular no espaço, como as redes de drenagem e malhas viárias.
Portanto, conforme Câmara et al. (1996), as definições de SIG reproduzem, singularmente, a multiplicidade de possíveis usos e visões da utilização dessa tecnologia, e indicam a interdisciplinaridade de sua utilização, sendo, possível, a partir destes conceitos apontar duas características fundamentais dos SIG's.
A primeira se refere à possibilidade de integração de informações geogr áficas provenientes de fontes diversas tais como dados cartográficos, dados censitários e cadastrais urbano e rurais, imagens de satélite e modelos numéricos de terreno, em uma única base de dados. Enquanto, que a segunda se refere ao mecanismo que os SIG's oferecem de recuperação, manipulação e visualização dos dados mediante a algoritmos de manipulação e análise. Em geral, as funções de processamento atuam sobre os dados inseridos em uma área de trabalho pré-definida pelo usuário. Conforme Câmara et al (1996), a ligação entre os dados geográficos e as funções de processamento do SIG é realizada por meio de mecanismos de seleção e consulta que definem restrições sobre o conjunto de dados, e que podem ser espaciais ou não.
De acordo com Mendes (2001) os dados geográficos podem ser classificados segundo três categorias:
2) Dado temporal, identifica o tempo ou período da ocorrência para o qual tais dados são considerados.
3) Dado espacial: consiste em um ente localizado no espaço segundo um sistema pré-derterminado de coordenadas que podem ser expostas através de atributos e o
estabelecimento deste com relação aos outros elementos, e caracterizam-se por serem: posicionais, topológicos e amostrais, para maiores esclarecimentos consultar Mendes (2001).
Atualmente, existem no mercado diversos tipos de SIG's, que se diferenciam conforme o tipo de análise espacial que se pretende conduzir, armazenar e representar os dados na tela. Estes programas apresentam-se com base em duas estruturas de representação de dados espaciais: vetorial e raster.
Segundo Silva (1996), a estrutura matricial ou raster baseia-se na divisão do espaço em uma malha regular, formando uma matriz de pequenos pontos (células ou pixels), onde a cada ponto encontra-se associado as informações alfa numéricas. Exemplos: Imagens de satélite, modelo numérico do terreno e mapas temáticos codificados na forma de uma malha quadriculada (células ou pixels).
A estrutura vetorial, segundo Mendes (2001), considera o espaço de forma contínua, não segmentada como na estrutura raster, reproduzindo as dimensões e formas com maior precisão, e reproduz qualquer elemento geográfico mediante a um (dos elementos) ou a combinação de três elementos básicos: o ponto, a linha e a área, cujo arranjo hierárquico entre estes possibilita o desenvolvimento de modelos topológicos entre estas entidades geográficas, de forma que as conexões e adjacências fiquem bem definidas.
Este tipo de sistema trabalha de forma eficiente com azimutes distâncias e pontos, mas no seu armazenamento, mesmo que este demande um espaço reduzido, a estrutura apresenta maior complexidade.(ver Figura 1).
VETORIAL MATRICIAL OU RASTER
Fonte: Mendes (2001)
Figura 1: Estrutura Vetorial e Raster
A forma de um arco ou polígono é definida através da ordem das conexões por meio de nós, que é armazenada pelo computador em várias tabelas de dados. Ver Figura 2.
Fonte: Mendes (2001)
Figura 2: Organização espacial dos nós, formando arcos.
Conforme Mendes (2001) a topologia é uma das propriedades mais úteis em muitos bancos de dados, sendo definida como a matemática da conexão entre os elementos que
determinam a relações de espaço em um SIG, sendo portanto utilizada em situações da prática, como por exemplo à análise de redes, que a utiliza na definição e análise de rotas alternativas, modelagem e otimização de caminhos menores.
Enfim, a partir desta plataforma, e conforme a aplicação, o uso do SIG foi difundido para diversas áreas, concebendo algumas especializações deste, entre as quais o SIG-T, que consiste em uma adaptação do SIG para análise e planejamento de sistemas de transportes.
SIG PARA TRANSPORTES (SIG-T)
O SIG-T pode ser concebido através da associação entre um Sistema de Informações de Transportes aperfeiçoado (TIS - Transportation Information System) e um SIG melhorado. Vonderohe et al. (1993) afirmam que o aperfeiçoamento nos TIS, consiste no
aperfeiçoamento da estrutura dos bancos de dados de atributos, visando fornecer dados de localização e referências consistentes e coexistentes com SIG, o qual deve ser melhorado para interpretar e processar dados geográficos nas formas demandadas para aplicações em transportes, sem necessitar de um replanejamento do banco de dados, segundo restrições impostas pelos softwares comerciais.
Portanto, uma das melhorias requeridas ao SIG-T é a capacidade de conexão e utilização de todos os dados georeferenciados de vias e estradas catalogados e ma ntidos por agências de transporte e administrações municipais, o que requer a utilização de um programa de banco de dados que privilegie essa compatibilidade com o objetivo de se obter uma completa integração. Além de incluir também, um melhor gerenciamento do banco de dados georeferenciados, melhor modelagem e análise de redes de transportes.
Neste sentido Câmara et al. (1996) afirmam que a área de redes é um grande motivador para inovações em SIG, e destaca principalmente as áreas relacionadas a integração de dados, a segmentação dinâmica, a linguagem de visualização e a capacidade de adaptação. Em se tratando dos SIGs-T, com relação a caracterização de redes, Vonderohe et al. (1993) apontam duas melhorias desejáveis: a segmentação dinâmica e a sobreposição de redes, este assunto é abordado mais especificamente em Carvalho (2001).
Cunha (2000) destaca que na programação e roteirização de veículos, as questões do cálculo das distâncias e dos tempos de viagem apresentam-se como fundamental em qualquer sistema de roteirização e programação, podendo apresentar, quando inserida no meio urbano, algumas restrições que na prática podem impossibilitar os roteiros
programados como: mão-de-direção, de movimentação (permissão de conversão retornos e cruzamentos, etc.).
Neste contexto o SIG apresenta-se como instrumento que possibilita, através de uma representação mais precisa e detalhada do sistema viário (mapa georeferenciado), localizar automaticamente os endereços, determinar os tempos de viagem entre os pontos à serem servidos, assim como os respectivos itinerários, através de algoritmos de percursos mínimos (conforme o tempo mínimo ou distância mínima, ou uma ponderação dos dois). Conforme Hall e Partika (1997) a escolha de um SIG deve ser pautada nas necessidades do usuário, e apontam ainda vários softwares que auxiliam a roteirização de veículos em arcos, entre quais:
· GeoRoute (interface com GeoWhiz);
· GeoRoute 5 (interface com ArcInfo e MapInfo); · Load Express Plus (Proprietary);
· OVERS (interface com Map Objects); · ROADNET 5000 (interface com MapInfo); · Territory Planner (interface com GDT maps); · TESYS (interface com CDPD/GPS/RF);
· Carvalho e Loureiro (2000) que propuseram um esquema de solução integrada para o planejamento e programação da coleta de resíduos sólidos, ressaltando a importância do tratamento estatístico dos parâmetros e de coleta de dados, no qual foi e utilizado o SIG TransCAD, e aplicado nos municípios de Maceió e Porto Velho, a partir do qual foram obtidos ganhos operacionais, como a redução do número de setores, melhoria nas distribuições e atribuições de freqüências e turnos.
· Brasileiro et al (2002) que utilizaram o SIG TransCAD na simulação de rotas de um sistema de coleta de resíduos sólidos comerciais, no município de Ilha Solteira/SP. As rotas foram simuladas para um período de uma semana de serviço de coleta, no qual obteve -se, quando comparado as rotas praticadas pelo serviço atual, uma redução média de 31,4% no tempo de percurso e uma redução média de 14,8% nas distâncias a serem percorridas.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A questão do planejamento de coleta e transporte de resíduos sólidos urbanos com o objetivo de reduzir os custos está associada a variáveis como as distâncias à serem
percorridas, ao tempo de viagem, a dimensão dos setores, as capacidades e restrições físicas (geográficas) dos setores.
Por se tratar de um problema comum aos municípios de médio e grande porte a utilização de SIGs na roteirização de veículos de coleta de resíduos sólidos urbanos, pode se constituir em um importante instrumento na redução do orçamento destinado aos serviços de
gerenciamento de resíduos sólidos urbanos.
Os SIGs contribuem ainda para a redução da distancia entre o projeto e a operação, pelo fato dos dados poderem ser constantemente atualizados, permitindo um melhor
acompanhamento administrativo e operacional durante a implementação do sistema de roteirização, podendo através destes resultados avaliar e se necessário ajustar as rotas. Neste sentido, este trabalho procurou realizar uma revisão de liter atura, a respeito da viabilidade do uso de SIGs-T na solução de problemas de roteirização de veículos de coleta de resíduos sólidos urbanos, e esta apontou a existência de uma lacuna à ser preenchida por novas pesquisas que busquem verificar o quanto a utilização dos SIGs-T pode incorrer em economias aos orçamentos da administração pública, a partir de que escala (tamanho do município) torna-se economicamente viável a utilização de um SIG-T para roteirização de veículos de coleta de resíduos, entre outros aspectos que deveriam ser pesquisados.
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