ALOCAÇÃO DE DEMANDA ESCOLAR USANDO TECNOLOGIA SIG

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1 ALOCAÇÃO DE DEMANDA ESCOLAR USANDO TECNOLOGIA SIG Daniel da Silva Marques (UFAM) Caio Ronan Lisboa Pereira (UFAM) Almir Lima Caggy (UFAM) 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

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 2

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). 3

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) 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 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. 4

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 Fonte: Próprio autor. 5

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 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) 6

7 Após a subdivisão dos bairros de Manaus em 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 Fonte: Próprio autor. 7

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 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 8

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) Como se comporta o cenário atual? Relatório de %Alocação (Oferta X Demanda) 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. 9

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 , Maio/Ago CAMARA, G.; MONTEIRO, A. M.; MEDEIROS, J. S. Introdução a Ciência da Geoinformacao. São Jose dos Campos, INPE, 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, 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 LEI DE DIRETRIZES E BASES DA EDUCAÇÃO NACIONAL (LDB). Disponível em < Acessado em 16 de dezembro de 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 , 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 , Janeiro a Abril de PLANO NACIONAL DE EDUCAÇÃO (PNE). Disponível em < Acessado em 16 de dezembro de SECRETARIA MUNICIPAL DE EDUCAÇÃO (SEMED),

11 ANEXO Anexo 1 Matriz Origem Destino (Obs: demonstração da base de dados) Cod_Setor Cod_Escola OriginID DestinationID Ranking Total_Comprimento (m) , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,67 11

12 Fonte: Próprio autor. Anexo 2 Fluxo do processo de geração de Matriz O-D 12

13 INÍCIO Georreferencia Escolas Atualiza Base de Dados de Escolas NÃO Localização das Escolas Atualizadas? SIM Executa ferramenta Network Analyst (Software ArcGIS) 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 13

14 Anexo 3 Fluxo do processo de alocação de alunos Pesquisa endereço do Aluno INÍCIO Seleciona o setor censitário que o Aluno está inserido Seleciona a Escola com menor distância de deslocamento para o aluno na Matriz OD SIM SIM Existe vaga no ANO e TURNO do Aluno? NÃO Cadastra Aluno na Escola e sua distância de deslocamento NÃO Existe outra opção para o Aluno? SIM Reduz uma vaga na Escola para o ANO e TURNO considerados Contabiliza Aluno sem vaga Seleciona próxima Escola com menor distância de deslocamento Existe mais aluno a ser Alocado? NÃO Calcula o número de alunos não atendidos pelo processo de Alocação Calcula número de vagas em cada Escola FIM Fonte: Próprio autor 14

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