A structural method for the design of fault tolerant distributed control systems

Distributed digital control systems provide alternatives to conventional, centralised digital control systems. Typically, a modern distributed control system will comprise a multi-processor or network of processors, a communications network, an associated set of sensors and actuators, and the systems and applications software. This thesis addresses the problem of how to design robust decentralised control systems, such as those used to control event-driven, real-time processes in time-critical environments. Emphasis is placed on studying the dynamical behaviour of a system and identifying ways of partitioning the system so that it may be controlled in a distributed manner. A structural partitioning technique is adopted which makes use of natural physical sub-processes in the system, which are then mapped into the software processes to control the system. However, communications are required between the processes because of the disjoint nature of the distributed (i.e. partitioned) state of the physical system. The structural partitioning technique, and recent developments in the theory of potential controllability and observability of a system, are the basis for the design of controllers. In particular, the method is used to derive a decentralised estimate of the state vector for a continuous-time system. The work is also extended to derive a distributed estimate for a discrete-time system. Emphasis is also given to the role of communications in the distributed control of processes and to the partitioning technique necessary to design distributed and decentralised systems with resilient structures. A method is presented for the systematic identification of necessary communications for distributed control. It is also shwon that the structural partitions can be used directly in the design of software fault tolerant concurrent controllers. In particular, the structural partition can be used to identify the boundary of the conversation which can be used to protect a specific part of the system. In addition, for certain classes of system, the partitions can be used to identify processes which may be dynamically reconfigured in the event of a fault. These methods should be of use in the design of robust distributed systems.

The design of fault tolerant software for loosely coupled distributed systems

Requirements for systems to continue to operate satisfactorily in the presence of faults has led to the development of techniques for the construction of fault tolerant software. This thesis addresses the problem of error detection and recovery in distributed systems which consist of a set of communicating sequential processes. A method is presented for the `a priori' design of conversations for this class of distributed system. Petri nets are used to represent the state and to solve state reachability problems for concurrent systems. The dynamic behaviour of the system can be characterised by a state-change table derived from the state reachability tree. Systematic conversation generation is possible by defining a closed boundary on any branch of the state-change table. By relating the state-change table to process attributes it ensures all necessary processes are included in the conversation. The method also ensures properly nested conversations. An implementation of the conversation scheme using the concurrent language occam is proposed. The structure of the conversation is defined using the special features of occam. The proposed implementation gives a structure which is independent of the application and is independent of the number of processes involved. Finally, the integrity of inter-process communications is investigated. The basic communication primitives used in message passing systems are seen to have deficiencies when applied to systems with safety implications. Using a Petri net model a boundary for a time-out mechanism is proposed which will increase the integrity of a system which involves inter-process communications.

Joint purchasers and the presumption of joint beneficial ownership:a matter of informed choice?

This paper examines the ruling of Jones v Kernott and shows the results of an empirical survey of conveyancing solicitors and their practices where so affected by the ruling. In particular the paper considers how conveyancing practitioners deal with the issue of organising trusts of land and giving advice to clients in relation to the co-purchase of land.

Early analysis of fault-attack effects for cryptographic hardware

International audience

The carriers responsibilities and immunities under the Hague and Hamburg rules

Toujours en évolution le droit maritime est constamment en train de se moderniser. Depuis ses débuts Ie droit maritime essaie de s'adapter aux réalités de son temps. Le changement fut lent et difficile à atteindre. Au départ la pratique voulait qu'un transporteur maritime puisse échapper à presque toute responsabilité. L'application des coutumes du domaine et du droit contractuel avait laissé place aux abus et aux inégalités de pouvoir entre transporteurs maritimes et chargeurs/propriétaires de marchandises. La venue du vingtième siècle changea tout. L'adoption des Règles de la Haye, Haye / Nisby et Hambourg a transforme Ie système de transport de marchandise par mer tel qu'on Ie connaissait jusqu'à date. Ainsi une évolution graduelle marqua l'industrie maritime, parallèlement Ie droit maritime se développa considérablement avec une participation judiciaire plus active. De nos jours, les transporteurs maritimes sont plus responsables, or cela n'empêche pas qu'ils ne sont pas toujours capables de livrer leurs cargaisons en bonne condition. Chaque fois qu'un bateau quitte Ie port lui et sa cargaison sont en danger. De par ce fait, des biens sont perdus ou endommages en cours de route sous la responsabilité du transporteur. Malgré les changements et l'évolution dans les opérations marines et l'administration du domaine la réalité demeure telle que Ie transport de marchandise par mer n' est pas garanti it. cent pour cent. Dans les premiers temps, un transporteur maritime encourait toutes sortes de périls durant son voyage. Conséquemment les marchandises étaient exposées aux pertes et dangers en cours de route. Chaque année un grand nombre de navires sont perdu en mer et avec eux la cargaison qu'ils transportent. Toute la modernisation au monde ne peut éliminer les hauts risques auxquels sont exposes les transporteurs et leurs marchandises. Vers la fin des années soixante-dix avec la venue de la convention de Hambourg on pouvait encore constater que Ie nombre de navires qui sont perdus en mer était en croissance. Ainsi même en temps moderne on n'échappe pas aux problèmes du passe. "En moyenne chaque jour un navire de plus de 100 tonneaux se perd corps et biens (ceci veut dire: navire et cargaison) et Ie chiffre croit: 473 en 1978. Aces sinistres majeurs viennent s'ajouter les multiples avaries dues au mauvais temps et les pertes pour de multiples raisons (marquage insuffisant, erreurs de destination...). Ces périls expliquent : (1) le système de responsabilité des transporteurs ; (2) la limitation de responsabilité des propriétaires de navires; ... " L'historique légal du système de responsabilité et d'indemnité des armateurs démontre la difficulté encourue par les cours en essayant d'atteindre un consensus et uniformité en traitant ses notions. Pour mieux comprendre les différentes facettes du commerce maritime il faut avoir une compréhension du rôle des armateurs dans ce domaine. Les armateurs représentent Ie moyen par lequel le transport de marchandises par mer est possible. Leur rôle est d'une importance centrale. Par conséquent, le droit maritime se retrouve face à des questions complexes de responsabilités et d'indemnités. En particulier, la validité de l'insertion de clauses d'exonérations par les transporteurs pour se libérer d'une partie ou de toutes leurs responsabilités. A travers les années cette pratique a atteint un tel point d'injustice et de flagrant abus qu'il n'est plus possible d'ignorer Ie problème. L'industrie en crise se trouve obliger d'affronter ces questions et promouvoir Ie changement. En droit commun, l'armateur pouvait modifier son obligation prima facie autant qu'il le voulait. Au cours des ans, ces clauses d'exception augmentaient en nombre et en complexité au point qu'il devenait difficile de percevoir quel droit on pouvait avoir contre Ie transporteur. Les propriétaires de marchandise, exportateurs et importateurs de marchandises i.e. chargeurs, transporteurs, juristes et auteurs sont d'avis qu'il faut trouver une solution relative aux questions des clauses d'exonérations insérées dans les contrats de transport sous connaissement. Plus précisément ces clauses qui favorisent beaucoup plus les armateurs que les chargeurs. De plus, depuis longtemps la notion du fardeau de preuve était obscure. Il était primordial pour les pays de chargeurs d'atteindre une solution concernant cette question, citant qu'en pratique un fardeau très lourd leur était impose. Leur désir était de trouver une solution juste et équitable pour toutes les parties concernées, et non une solution favorisant les intérêts d’un coté seulement. Le transport par mer étant en grande partie international il était évident qu'une solution viable ne pouvait être laissée aux mains d'un pays. La solution idéale devait inclure toutes les parties concernées. Malgré le désir de trouver une solution globale, le consensus général fut long à atteindre. Le besoin urgent d'uniformité entre les pays donna naissance à plusieurs essais au niveau prive, national et international. Au cours des ans, on tint un grand nombre de conférences traitant des questions de responsabilités et d'indemnités des transporteurs maritimes. Aucun succès n'est atteint dans la poursuite de l'uniformité. Conséquemment, en 1893 les États Unis prennent la situation en mains pour régler le problème et adopte une loi nationale. Ainsi: «Les réactions sont venues des États Unis, pays de chargeurs qui supportent mal un système qui les désavantage au profit des armateurs traditionnels, anglais, norvégiens, grecs... Le Harter Act de 1893 établit un système transactionnel, mais impératif... »2 On constate qu'aux États Unis la question des clauses d'exonérations était enfin régie et par conséquent en grande partie leur application limitée. L'application du Harter Act n'étant pas au niveau international son degré de succès avait des limites. Sur Ie plan international la situation demeure la même et Ie besoin de trouver une solution acceptable pour tous persiste. Au début du vingtième siècle, I'utilisation des contrats de transport sous connaissement pour Ie transport de marchandise par mer est pratique courante. Au coeur du problème les contrats de transport sous connaissement dans lesquels les armateurs insèrent toutes sortes de clauses d'exonérations controversées. II devient évident qu'une solution au problème des clauses d'exonérations abusives tourne autour d'une règlementation de l'utilisation des contrats de transport sous connaissement. Ainsi, tout compromis qu'on peut envisager doit nécessairement régir la pratique des armateurs dans leurs utilisations des contrats de transport sous connaissement. Les années antérieures et postérieures à la première guerre mondiale furent marquées par I'utilisation croissante et injuste des contrats de transport sous connaissement. Le besoin de standardiser la pratique devenait alors pressant et les pays chargeurs s'impatientaient et réclamaient l'adoption d'une législation semblable au Harter Act des États Unis. Une chose était certaine, tous les intérêts en cause aspiraient au même objectif, atteindre une acceptation, certitude et unanimité dans les pratiques courantes et légales. Les Règles de la Haye furent la solution tant recherchée. Ils représentaient un nouveau régime pour gouverner les obligations et responsabilités des transporteurs. Leur but était de promouvoir un système bien balance entre les parties en cause. De plus elles visaient à partager équitablement la responsabilité entre transporteurs et chargeurs pour toute perte ou dommage causes aux biens transportes. Par conséquent, l'applicabilité des Règles de la Haye était limitée aux contrats de transport sous connaissement. Avec le temps on a reconnu aux Règles un caractère international et on a accepte leur place centrale sur Ie plan global en tant que base des relations entre chargeurs et transporteurs. Au départ, la réception du nouveau régime ne fut pas chaleureuse. La convention de la Haye de 1924 fut ainsi sujette à une opposition massive de la part des transporteurs maritimes, qui refusaient l'imposition d'un compromis affectant l'utilisation des clauses d'exonérations. Finalement Ie besoin d'uniformité sur Ie plan international stimula son adoption en grand nombre. Les règles de la Haye furent pour leur temps une vraie innovation une catalyse pour les reformes futures et un modèle de réussite globale. Pour la première fois dans 1'histoire du droit maritime une convention internationale régira et limitera les pratiques abusives des transporteurs maritimes. Les règles ne laissent pas place aux incertitudes ils stipulent clairement que les clauses d'exonération contraire aux règles de la Haye seront nulles et sans valeur. De plus les règles énoncent sans équivoque les droits, obligations et responsabilités des transporteurs. Néanmoins, Ie commerce maritime suivant son cours est marque par le modernisme de son temps. La pratique courante exige des reformes pour s'adapter aux changements de l'industrie mettant ainsi fin à la période d'harmonisation. Les règles de la Haye sous leur forme originale ne répondent plus aux besoins de l'industrie maritime. Par conséquent à la fin des années soixante on adopte les Règles de Visby. Malgré leur succès les règles n'ont pu échapper aux nombreuses critiques exprimant l'opinion, qu'elles étaient plutôt favorables aux intérêts des transporteurs et au détriment des chargeurs. Répondant aux pressions montantes on amende les Règles de la Haye, et Ie 23 février 1968 elles sont modifiées par Ie protocole de Visby. Essayant de complaire à l'insatisfaction des pays chargeurs, l'adoption des Règles de Visby est loin d'être une réussite. Leur adoption ne remplace pas le régime de la Haye mais simplement met en place un supplément pour combler les lacunes du système existant. Les changements qu'on retrouve dans Visby n'étant pas d'une grande envergure, la reforme fut critiquée par tous. Donnant naissance à des nouveaux débats et enfin à une nouvelle convention. Visby étant un échec, en 1978 la réponse arrive avec l'instauration d'un nouveau régime, différent de son prédécesseur (Hay/Haye-Visby). Les Règles de XI Hambourg sont Ie résultat de beaucoup d'efforts sur Ie plan international. Sous une pression croissante des pays chargeurs et plus particulièrement des pays en voie de développement la venue d'un nouveau régime était inévitables. Le bon fonctionnement de l'industrie et la satisfaction de toutes les parties intéressées nécessitaient un compromis qui répond aux intérêts de tous. Avec l'aide des Nations Unis et la participation de toutes les parties concernées les Règles de Hambourg furent adoptées. Accepter ce nouveau régime impliqua le début d'un nouveau système et la fin d'une époque centrée autour des règles de la Haye. II n'y a aucun doute que les nouvelles règles coupent les liens avec Ie passe et changent Ie système de responsabilité qui gouverne les transporteurs maritimes. L'article 4(2) de la Haye et sa liste d'exception est éliminé. Un demi-siècle de pratique est mis de coté, on tourne la page sur les expériences du passe et on se tourne vers une nouvelle future. Il est clair que les deux systèmes régissant Ie droit maritime visent Ie même but, une conformité internationale. Cette thèse traitera la notion de responsabilité, obligation et indemnisation des transporteurs maritimes sous les règles de la Haye et Hambourg. En particulier les difficultés face aux questions d'exonérations et d'indemnités. Chaque régime a une approche distincte pour résoudre les questions et les inquiétudes du domaine. D’un coté, la thèse démontrera les différentes facettes de chaque système, par la suite on mettra l'accent sur les points faibles et les points forts de chaque régime. Chaque pays fait face au dilemme de savoir quel régime devrait gouverner son transport maritime. La question primordiale est de savoir comment briser les liens du passe et laisser les Règles de la Haye dans leur place, comme prédécesseur et modèle pour Ie nouveau système. Il est sûr qu'un grand nombre de pays ne veulent pas se départir des règles de la Haye et continuent de les appliquer. Un grand nombre d'auteurs expriment leurs désaccords et indiquent qu'il serait regrettable de tourner le dos à tant d'années de travail. Pour se départir des Règles de la Haye, il serait une erreur ainsi qu'une perte de temps et d'argent. Pendant plus de 50 ans les cours à travers Ie monde ont réussi à instaurer une certaine certitude et harmonisation sur Ie plan juridique. Tout changer maintenant ne semble pas logique. Tout de même l'évident ne peut être ignorer, les Règles de la Haye ne répondent plus aux besoins du domaine maritime moderne. Les questions de responsabilité, immunité, fardeau de preuve et conflit juridictionnel demeurent floues. La législation internationale nécessite des reformes qui vont avec les changements qui marque l'évolution du domaine. Les précurseurs du changement décrivent les Règles de la Haye comme archaïques, injustes et non conforme au progrès. Elles sont connues comme Ie produit des pays industrialises sans l'accord ou la participation des pays chargeurs ou en voie de développement. Ainsi I'adoption des Règles de Hambourg signifie Ie remplacement du système précédent et non pas sa reforme. L'article 5(1) du nouveau système décrit un régime de responsabilité base sur la présomption de faute sans recours à une liste d'exonération, de plus les nouvelles règles étendent la période de responsabilité du transporteur. Les Règles de Hambourg ne sont peut être pas la solution idéale mais pour la première fois elle représente les intérêts de toutes les parties concernées et mieux encore un compromis accepte par tous. Cela dit, il est vrai que Ie futur prochain demeure incertain. II est clair que la plupart des pays ne sont pas presses de joindre ce nouveau régime aussi merveilleux soit-il. Le débat demeure ouvert Ie verdict délibère encore. Une chose demeure sure, l'analyse détaillée du fonctionnement de Hambourg avec ses défauts et mérites est loin d'être achevée. Seulement avec Ie recul on peut chanter les louanges, la réussite ou I'insuccès d'un nouveau système. Par conséquent, Ie nombre restreint des parties y adhérents rend l'analyse difficile et seulement théorique. Néanmoins il y'a de l'espoir qu'avec Ie temps l'objectif recherche sera atteint et qu'un commerce maritime régi par des règles et coutumes uniformes it. travers Ie globe sera pratique courante. Entre temps la réalité du domaine nous expose it. un monde divise et régi par deux systèmes.

Le régime juridique international de la responsabilité du transporteur maritime de marchandises sous connaissement : un échec?

Les avocats, praticiens et universitaires qui sont engagés dans le droit des transports internationaux de marchandises par mer ont l’habitude de travailler avec un régime complexe de responsabilité du transporteur maritime. La coexistence de plusieurs conventions régissant ce régime et l’imprécision des textes de ces différentes législations rendent leur application difficile d’où l’échec permanent du voeu d’uniformisation de ce droit. En premier lieu, nous retrouvons le régime de base celui de la Convention de Bruxelles sur l’unification de certaines règles en matière de connaissement, ratifiée le 25 août 1924 et ses Protocoles modificatifs annexés en 1968 et 1979. Il s’agit d’un régime fondé sur la présomption de responsabilité comprenant une liste de cas exonératoires appelés « cas exceptés ». En second lieu figurent les Règles de Hambourg, édictées en 1978, qui établissent un régime basé sur la présomption de faute du transporteur à l’exception de deux cas exonératoires : l’incendie et l’assistance ou la tentative de sauvetage. Enfin, apparaît la Convention sur le contrat de transport international de marchandises effectué entièrement ou partiellement par mer, adoptée par les Nations unies en 2009, sous l’appellation « Les Règles de Rotterdam », qui adopte un régime de responsabilité « particulier ». Cette étude a tenté d’analyser ces mécanismes juridiques mis en place. Pour ce faire, nous nous sommes concentrées sur les sources du dysfonctionnement de ces régimes, afin de favoriser le développement d’initiatives d’uniformisation des règles de responsabilité du propriétaire du navire. L’analyse des textes positifs, de la doctrine et de la jurisprudence, nous a permis de constater que les différentes approches du régime juridique du transporteur maritime des marchandises sous ces différentes législations ne garantissent pas la prévisibilité et la sécurité juridiques recherchées par les différents acteurs maritimes. Par conséquent, l’absence d’un régime cohérent et unifié a créé des incertitudes au sein de la communauté maritime internationale et au sein des tribunaux en cas de litige. Pour surmonter cette réalité complexe, notre thèse propose une approche qui pourra simplifier ce régime, l’approche objective.

Application of machine learning in fault diagnostics of mechanical systems

A diagnostic method based on Bayesian Networks (probabilistic graphical models) is presented. Unlike conventional diagnostic approaches, in this method instead of focusing on system residuals at one or a few operating points, diagnosis is done by analyzing system behavior patterns over a window of operation. It is shown how this approach can loosen the dependency of diagnostic methods on precise system modeling while maintaining the desired characteristics of fault detection and diagnosis (FDD) tools (fault isolation, robustness, adaptability, and scalability) at a satisfactory level. As an example, the method is applied to fault diagnosis in HVAC systems, an area with considerable modeling and sensor network constraints.

RCA method for fault diagnosis in digital substations of power systems

The authors present a Cause-Effect fault diagnosis model, which utilises the Root Cause Analysis approach and takes into account the technical features of a digital substation. The Dempster/Shafer evidence theory is used to integrate different types of fault information in the diagnosis model so as to implement a hierarchical, systematic and comprehensive diagnosis based on the logic relationship between the parent and child nodes such as transformer/circuit-breaker/transmission-line, and between the root and child causes. A real fault scenario is investigated in the case study to demonstrate the developed approach in diagnosing malfunction of protective relays and/or circuit breakers, miss or false alarms, and other commonly encountered faults at a modern digital substation.

Analytical model for fault section estimation and state identification of unobserved protective relays in power systems [电力系统故障诊断与不可观测保护状态识别的解析模型]

In recent years, some models have been proposed for the fault section estimation and state identification of unobserved protective relays (FSE-SIUPR) under the condition of incomplete state information of protective relays. In these models, the temporal alarm information from a faulted power system is not well explored although it is very helpful in compensating the incomplete state information of protective relays, quickly achieving definite fault diagnosis results and evaluating the operating status of protective relays and circuit breakers in complicated fault scenarios. In order to solve this problem, an integrated optimization mathematical model for the FSE-SIUPR, which takes full advantage of the temporal characteristics of alarm messages, is developed in the framework of the well-established temporal constraint network. With this model, the fault evolution procedure can be explained and some states of unobserved protective relays identified. The model is then solved by means of the Tabu search (TS) and finally verified by test results of fault scenarios in a practical power system.

A UKF-based estimation strategy for actuator fault detection of UASs

This paper presents a recursive strategy for online detection of actuator faults on a unmanned aerial system (UAS) subjected to accidental actuator faults. The proposed detection algorithm aims to provide a UAS with the capability of identifying and determining characteristics of actuator faults, offering necessary flight information for the design of fault-tolerant mechanism to compensate for the resultant side-effect when faults occur. The proposed fault detection strategy consists of a bank of unscented Kalman filters (UKFs) with each one detecting a specific type of actuator faults and estimating correspond- ing velocity and attitude information. Performance of the proposed method is evaluated using a typical nonlinear UAS model and it is demonstrated in simulations that our method is able to detect representative faults with a sufficient accuracy and acceptable time delay, and can be applied to the design of fault-tolerant flight control systems of UASs.

Recursive actuator fault detection and diagnosis for emergency landing of UASs

This paper presents a practical recursive fault detection and diagnosis (FDD) scheme for online identification of actuator faults for unmanned aerial systems (UASs) based on the unscented Kalman filtering (UKF) method. The proposed FDD algorithm aims to monitor health status of actuators and provide indication of actuator faults with reliability, offering necessary information for the design of fault-tolerant flight control systems to compensate for side-effects and improve fail-safe capability when actuator faults occur. The fault detection is conducted by designing separate UKFs to detect aileron and elevator faults using a nonlinear six degree-of-freedom (DOF) UAS model. The fault diagnosis is achieved by isolating true faults by using the Bayesian Classifier (BC) method together with a decision criterion to avoid false alarms. High-fidelity simulations with and without measurement noise are conducted with practical constraints considered for typical actuator fault scenarios, and the proposed FDD exhibits consistent effectiveness in identifying occurrence of actuator faults, verifying its suitability for integration into the design of fault-tolerant flight control systems for emergency landing of UASs.

Condition monitoring and fault diagnosis of diesel engines using instantaneous angular speed analysis

Continuous monitoring of diesel engine performance is critical for early detection of fault developments in an engine before they materialize into a functional failure. Instantaneous crank angular speed (IAS) analysis is one of a few nonintrusive condition monitoring techniques that can be utilized for such a task. Furthermore, the technique is more suitable for mass industry deployments than other non-intrusive methods such as vibration and acoustic emission techniques due to the low instrumentation cost, smaller data size and robust signal clarity since IAS is not affected by the engine operation noise and noise from the surrounding environment. A combination of IAS and order analysis was employed in this experimental study and the major order component of the IAS spectrum was used for engine loading estimation and fault diagnosis of a four-stroke four-cylinder diesel engine. It was shown that IAS analysis can provide useful information about engine speed variation caused by changing piston momentum and crankshaft acceleration during the engine combustion process. It was also found that the major order component of the IAS spectra directly associated with the engine firing frequency (at twice the mean shaft rotating speed) can be utilized to estimate engine loading condition regardless of whether the engine is operating at healthy condition or with faults. The amplitude of this order component follows a distinctive exponential curve as the loading condition changes. A mathematical relationship was then established in the paper to estimate the engine power output based on the amplitude of this order component of the IAS spectrum. It was further illustrated that IAS technique can be employed for the detection of a simulated exhaust valve fault in this study.

Seismic hazard map of Coimbatore using subsurface fault rupture

This study presents the future seismic hazard map of Coimbatore city, India, by considering rupture phenomenon. Seismotectonic map for Coimbatore has been generated using past earthquakes and seismic sources within 300 km radius around the city. The region experienced a largest earthquake of moment magnitude 6.3 in 1900. Available earthquakes are divided into two categories: one includes events having moment magnitude of 5.0 and above, i.e., damaging earthquakes in the region and the other includes the remaining, i.e., minor earthquakes. Subsurface rupture character of the region has been established by considering the damaging earthquakes and total length of seismic source. Magnitudes of each source are estimated by assuming the subsurface rupture length in terms of percentage of total length of sources and matched with reported earthquake. Estimated magnitudes match well with the reported earthquakes for a RLD of 5.2% of the total length of source. Zone of influence circles is also marked in the seismotectonic map by considering subsurface rupture length of fault associated with these earthquakes. As earthquakes relive strain energy that builds up on faults, it is assumed that all the earthquakes close to damaging earthquake have released the entire strain energy and it would take some time for the rebuilding of strain energy to cause a similar earthquake in the same location/fault. Area free from influence circles has potential for future earthquake, if there is seismogenic source and minor earthquake in the last 20 years. Based on this rupture phenomenon, eight probable locations have been identified and these locations might have the potential for the future earthquakes. Characteristic earthquake moment magnitude (M-w) of 6.4 is estimated for the seismic study area considering seismic sources close to probable zones and 15% increased regional rupture character. The city is divided into several grid points at spacing of 0.01 degrees and the peak ground acceleration (PGA) due to each probable earthquake is calculated at every grid point in city by using the regional attenuation model. The maximum of all these eight PGAs is taken for each grid point and the final PGA map is arrived. This map is compared to the PGA map developed based on the conventional deterministic seismic hazard analysis (DSHA) approach. The probable future rupture earthquakes gave less PGA than that of DSHA approach. The occurrence of any earthquake may be expected in near future in these eight zones, as these eight places have been experiencing minor earthquakes and are located in well-defined seismogenic sources.

Characterization of diverse megathrust fault behavior related to seismic supercycles, Mentawai Islands, Sumatra

Long paleoseismic histories are necessary for understanding the full range of behavior of faults, as the most destructive events often have recurrence intervals longer than local recorded history. The Sunda megathrust, the interface along which the Australian plate subducts beneath Southeast Asia, provides an ideal natural laboratory for determining a detailed paleoseismic history over many seismic cycles. The outer-arc islands above the seismogenic portion of the megathrust cyclically rise and subside in response to processes on the underlying megathrust, providing uncommonly good illumination of megathrust behavior. Furthermore, the growth histories of coral microatolls, which record tectonic uplift and subsidence via relative sea level, can be used to investigate the detailed coseismic and interseismic deformation patterns. One particularly interesting area is the Mentawai segment of the megathrust, which has been shown to characteristically fail in a series of ruptures over decades, rather than a single end-to-end rupture. This behavior has been termed a seismic “supercycle.” Prior to the current rupture sequence, which began in 2007, the segment previously ruptured during the 14th century, the late 16th to late 17th century, and most recently during historical earthquakes in 1797 and 1833. In this study, we examine each of these previous supercycles in turn.

First, we expand upon previous analysis of the 1797–1833 rupture sequence with a comprehensive review of previously published coral microatoll data and the addition of a significant amount of new data. We present detailed maps of coseismic uplift during the two great earthquakes and of interseismic deformation during the periods 1755–1833 and 1950–1997 and models of the corresponding slip and coupling on the underlying megathrust. We derive magnitudes of Mw 8.7–9.0 for the two historical earthquakes, and determine that the 1797 earthquake fundamentally changed the state of coupling on the fault for decades afterward. We conclude that while major earthquakes generally do not involve rupture of the entire Mentawai segment, they undoubtedly influence the progression of subsequent ruptures, even beyond their own rupture area. This concept is of vital importance for monitoring and forecasting the progression of the modern rupture sequence.

Turning our attention to the 14th century, we present evidence of a shallow slip event in approximately A.D. 1314, which preceded the “conventional” megathrust rupture sequence. We calculate a suite of slip models, slightly deeper and/or larger than the 2010 Pagai Islands earthquake, that are consistent with the large amount of subsidence recorded at our study site. Sea-level records from older coral microatolls suggest that these events occur at least once every millennium, but likely far less frequently than their great downdip neighbors. The revelation that shallow slip events are important contributors to the seismic cycle of the Mentawai segment further complicates our understanding of this subduction megathrust and our assessment of the region’s exposure to seismic and tsunami hazards.

Finally, we present an outline of the complex intervening rupture sequence that took place in the 16th and 17th centuries, which involved at least five distinct uplift events. We conclude that each of the supercycles had unique features, and all of the types of fault behavior we observe are consistent with highly heterogeneous frictional properties of the megathrust beneath the south-central Mentawai Islands. We conclude that the heterogeneous distribution of asperities produces terminations and overlap zones between fault ruptures, resulting in the seismic “supercycle” phenomenon.