管道是运输石油资源的主要手段。近年来,由于管材老化、盗油打孔等导致的管道泄漏事故不断增加,造成了大量的经济损失和人员伤亡。因此,对管道泄漏点进行快速、准确的定位,是确保管道安全运行亟待解决的关键问题。首先,建立了管道数学模型,并使用特征线法求取了该模型的数值解。为提升数学模型计算精度,在建模过程中考虑了高程和摩阻系数对管道流体的影响。为使用粒子滤波实现管道状态估计,将数学模型改写为状态空间方程形式。使用TLNET搭建管道仿真平台,获取管道泄漏的仿真实验数据,使用Matlab对管道数学模型进行模拟计算,通过与仿真实验数据对比的方式验证了数学模型的有效性。其次,基于所建立的状态空间方程,设计粒子滤波算法对管道进行状态估计,并以质量平衡原理实现管道泄漏检测。提出一种预设泄漏节点,通过二次分段和粒子滤波估计实现泄漏定位的方法,能够以较低的计算量实现对管道泄漏的定位。为进一步提升泄漏定位精度,使用自举裂变粒子滤波的思想实现泄漏量的估计。多次仿真结果表明,所提出方法作为一个一般性或普适性的状态估计法,可以对小泄漏实现检测与定位,同时相对定位误差低于1%。最后,针对状态估计法对硬件设备要求较高导致的实用性不强的问题,提出一种基于压缩感知和粒子滤波的管道泄漏定位方法。通过对实测泄漏信号进行压缩感知应用在泄漏信号压缩重构方面的可行性分析,以及重构算法参数对信号重构的影响分析,优化了基于粒子滤波的泄漏定位方法。同时,基于一段长741米的实验管道验证了所提出方法的有效性和优越性。实验结果表明,对粒子滤波所需测量信号(100Hz)进行65%~75%的压缩,可以对泄漏量在2%~10%的不同泄漏点进行有效定位的同时仍保持较低的(0.95%~1.07%)相对定位误差。