1.一种隧道明洞顶部排水结构的智能设计方法，其特征在于，所述方法包括：根据隧道明洞局部坐标系创建自然地形模型；基于所述自然地形模型，生成明洞回填后的周边三维地形模型；根据所述周边三维地形模型确定明洞顶部地形线，并根据所述明洞顶部地形线确定隧道明洞顶部对应的排水结构类型；设定限制边界条件，并在所述限制边界条件内依据所述排水结构类型确定排水结构中心线的最优起终点；在所述最优起终点的约束条件下，确定排水结构的最优三维中心线；根据排水结构中不同节段坡度优化排水结构的截面尺寸，得到最优截面尺寸，并基于所述最优三维中心线以及所述最优截面尺寸生成排水结构三维实体模型；所述设定限制边界条件，并在所述限制边界条件内依据所述排水结构类型确定排水结构中心线的最优起终点的步骤包括：设定限制边界条件为设计范围；依据所述排水结构类型，将所述设计范围中边界较高的一侧确定为起点搜索迹线后，利用群体优化算法搜索所述起点搜索迹线上的汇水点，并将所述汇水点确定所述最优起终点的最优起点；以所述设计范围为搜索区域，利用群体优化算法搜索出最低点，并将所述最低点确定为所述最优起终点的最优终点；所述设定限制边界条件，并在所述限制边界条件内依据所述排水结构类型确定排水结构中心线的最优起终点的步骤包括：设定限制边界条件为既有截水天沟；利用群体优化算法搜索明暗分界断面上所述最优起终点的最优起点；基于所述最优起点，按照预设步长来利用群体优化算法逐步搜索与所述既有截水天沟交汇的最优终点。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述排水结构类型包括单向引排的纵向洞顶水沟、单向引排的横向引水渡槽以及双向引排的横向引水渡槽；其中，所述根据所述周边三维地形模型确定明洞顶部地形线，并根据所述明洞顶部地形线确定隧道明洞顶部对应的排水结构类型的步骤包括：剖切所述周边三维地形模型后提取出明洞顶部地形线，其中，所述明洞顶部地形线包括横向明洞顶部地形线和纵向明洞顶部地形线；对所述明洞顶部地形线进行迭代简化，得到简化明洞顶部地形线；当所述简化明洞顶部地形线为纵向地面线单调变化且横向地面线存在凹陷时，确定所述排水结构类型为单向引排的纵向洞顶水沟；当所述简化明洞顶部地形线为纵向地面线存在凹陷且横向地面线单调变化时，确定所述排水结构类型为单向引排的横向引水渡槽；当所述简化明洞顶部地形线为纵向地面线存在凹陷且横向地面线存在凸起时，确定所述排水结构类型为双向引排的横向引水渡槽。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用群体优化算法搜索所述起点搜索迹线上的汇水点的步骤包括：根据第一种群参数中的第一搜索变量以及第一搜索空间生成斑马个体，并赋予所述斑马个体在所述第一搜索空间内的随机位置，其中，第一搜索变量为目标点的横坐标或纵坐标，第一搜索范围为所述设计范围；根据第一适应度函数确定所述斑马个体在随机位置的第一适应度值，并将最大第一适应度值对应的斑马个体的所在位置作为第一当前全局最优位置，其中，所述第一适应度函数用于表示目标点与其左右两侧最高点的高差；根据觅食规则以及防御规则对所有斑马个体的位置进行更新后重新确定新的第一当前全局最优位置，直至更新次数大于预设迭代次数位置之后，从所有的第一当前全局最优位置中选择出最大的第一当前全局最优位置，并将所述最大的第一当前全局最优位置确定为所述起点搜索迹线上的汇水点。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述最优起终点的约束条件下，确定排水结构的最优三维中心线的步骤包括：根据所述排水结构类型确定排水结构方向；在所述最优起终点的约束条件下，沿着所述排水结构方向按照预设精度将所述设计范围分割为多个条带，并根据所述多个条带确定每个控制点的控制点取值范围；基于所述控制点取值范围，利用群体优化算法搜索出最优控制点坐标组合，并将所述最优控制点坐标组合的控制点坐标连接生成最优三维中心线。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用群体优化算法搜索出最优控制点坐标组合的步骤包括：根据第二种群参数中的第二搜索变量以及第二搜索空间生成斑马个体，并赋予所述斑马个体在所述第二搜索空间内的随机位置，其中，所述第二搜索变量为分割线控制点的横坐标或纵坐标，所述第二搜索空间为所述控制点取值范围；根据第二适应度函数确定所述斑马个体在随机位置的第二适应度值，并将最大第二适应度值对应的斑马个体的所在位置作为第二当前全局最优位置，其中，所述第二适应度函数用于表示三维结构中心线的长度；根据觅食规则以及防御规则对所有斑马个体的位置进行更新后重新确定新的第二当前全局最优位置，直至更新次数大于预设迭代次数位置之后，从所有的第二当前全局最优位置中选择出最大的第二当前全局最优位置，并将所述最大的第二当前全局最优位置确定为所述最优控制点坐标组合。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述最优起点，按照预设步长来利用群体优化算法逐步搜索与所述既有截水天沟交汇的最优终点的步骤包括：根据第三种群参数中的第三搜索变量以及第三搜索空间生成斑马个体，并赋予所述斑马个体在所述第三搜索空间内的随机位置，其中，所述第三搜索变量为方位角，所述第三搜索空间为预设角度；以所述最优起点为当前控制点开始搜索，基于当前控制点与所述既有截水天沟的距离、当前控制点与上一控制点连线的最小坡度惩罚以及转向夹角惩罚，确定第三适应度函数；根据第三适应度函数确定所述斑马个体在随机位置的第三适应度值，并将最小第三适应度值对应的斑马个体的所在位置作为第三当前全局最优位置；根据觅食规则以及防御规则对所有斑马个体的位置进行更新后重新确定新的第三当前全局最优位置，直至更新次数大于预设迭代次数位置之后，从所有的第三当前全局最优位置中选择出最小的第三当前全局最优位置，根据所述最小的第三当前全局最优位置确定下一控制点，并将下一控制点作为新的当前控制点来搜索新的下一控制点，直至当前控制点与下一控制点的连线与所述既有截水天沟相交后，将相交点确定为最优终点，并确定所述最优起点与所述最优终点之间的所有控制点；所述在所述最优起终点的约束条件下，确定排水结构的最优三维中心线的步骤包括：在所述最优起终点的最优起点的约束条件下，依次将所述最优起点、所有控制点以及所述最优终点连接后得到所述最优三维中心线。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据排水结构中不同节段坡度优化排水结构的截面尺寸，得到最优截面尺寸的步骤包括：确定每个节段排水结构的允许流量计算式；当允许流量等于设计流量时，基于所述允许流量计算式以及所述坡度，采用侧壁优先策略或者高度优先策略反算出每个阶段所需的最小截面高度或者最小侧壁斜率；根据所述最小截面高度或者所述最小侧壁斜率优化所述排水结构的截面尺寸，得到最优截面尺寸。
8.一种隧道明洞顶部排水结构的智能设计装置，其特征在于，所述装置用于实现如权利要求1所述的方法，所述装置包括：创建模块，用于根据隧道明洞局部坐标系创建自然地形模型；生成模块，用于基于所述自然地形模型，生成明洞回填后的周边三维地形模型；确定模块，用于根据所述周边三维地形模型确定明洞顶部地形线，并根据所述明洞顶部地形线确定隧道明洞顶部对应的排水结构类型；所述确定模块，还用于设定限制边界条件，并在所述限制边界条件内依据所述排水结构类型确定排水结构中心线的最优起终点；所述确定模块，还用于在所述最优起终点的约束条件下，确定排水结构的最优三维中心线；所述生成模块，还用于根据排水结构中不同节段坡度优化排水结构的截面尺寸，得到最优截面尺寸，并基于所述最优三维中心线以及所述最优截面尺寸生成排水结构三维实体模型；所述确定模块，还用于：设定限制边界条件为设计范围；依据所述排水结构类型，将所述设计范围中边界较高的一侧确定为起点搜索迹线后，利用群体优化算法搜索所述起点搜索迹线上的汇水点，并将所述汇水点确定所述最优起终点的最优起点；以所述设计范围为搜索区域，利用群体优化算法搜索出最低点，并将所述最低点确定为所述最优起终点的最优终点；所述确定模块，还用于：设定限制边界条件为既有截水天沟；利用群体优化算法搜索明暗分界断面上所述最优起终点的最优起点；基于所述最优起点，按照预设步长来利用群体优化算法逐步搜索与所述既有截水天沟交汇的最优终点。
