ALOCAÇÃO DE DEMANDA ESCOLAR
USANDO TECNOLOGIA SIG
Daniel da Silva Marques (UFAM)
daniel.ufam2009@hotmail.com
Caio Ronan Lisboa Pereira (UFAM)
caioronan@hotmail.com
Almir Lima Caggy (UFAM)
almir_kggy@hotmail.com
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.
2
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
3 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).
4 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.
5 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
6 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
7 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
8 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
Fonte: Próprio autor.
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
9 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)
10
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.
11
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
12 Fonte: Próprio autor.
13 Georreferencia Escolas INÍCIO 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
14 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
