A Conceptual Framework for Digital Twin-Based Waste Management: Enhancing Predictive Analytics and Optimization in Urban Waste Collection
Year: 2025
Type: conference-paper
Abstract: A gestão de resíduos sólidos urbanos continua sendo um desafio relevante diante do crescimento populacional, da urbanização acelerada e das limitações de recursos enfrentadas pelos municípios.Os sistemas tradicionais de coleta baseados em cronogramas fixos frequentemente apresentam ineficiências, como o transbordamento de lixeiras, rotas de coleta redundantes, altos custos operacionais e grandes impactos ambientais.Neste contexto, este estudo propõe uma estrutura conceitual para a integração da tecnologia Digital Twin (DT) na gestão de resíduos urbanos, com o objetivo de aprimorar a eficiência operacional, viabilizar análises preditivas e apoiar a tomada de decisão em tempo real.A proposta adota a abordagem de Digital Process Twin (DPT), que modela dinamicamente os processos de coleta de resíduos por meio da integração de Sistemas de Informação Geográfica (GIS), sensores de Internet das Coisas (IoT) e algoritmos de aprendizado de máquina.Essa combinação tecnológica permite o monitoramento contínuo dos níveis de preenchimento dos recipientes de resíduos, a previsão de padrões de geração de resíduos e a otimização adaptativa das rotas de coleta.A metodologia é estruturada em três fases principais: (i) desenvolvimento da arquitetura do gêmeo digital, (ii) validação baseada em cenários comparativos e (iii) avaliação conceitual da proposta.Três cenários distintos são propostos: um sistema convencional com rotas fixas; um sistema inteligente com coleta adaptativa baseada em dados em tempo real; e um sistema ampliado por políticas públicas, com incentivos ou penalidades baseados em dados analíticos.Cada cenário é analisado em termos de eficiência, sustentabilidade e potencial de redução de custos operacionais.Embora esta pesquisa ainda esteja em estágio conceitual, os resultados teóricos obtidos oferecem uma base sólida para o desenvolvimento de estudos empíricos e aplicações práticas futuras.Além disso, o estudo destaca os desafios envolvidos na implementação real, como a integração de dados, a interoperabilidade entre sistemas e a necessidade de engajamento das partes interessadas.A proposta contribui para o avanço das soluções de cidades inteligentes, apontando o Digital Twin como uma ferramenta estratégica para transformar a gestão de resíduos urbanos em direção a sistemas mais sustentáveis, responsivos e eficientes.
Authors: Karoline Figueiredo, Assed Haddad
Institution: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Language: English
Subfield: Waste Management and Disposal
Field: Environmental Science
Domain: Physical Sciences
Open Access status: bronze
OpenAlex ID: W4410278466