自動列車運転装置
自動列車運転装置（じどうれっしゃうんてんそうち、ATO : Automatic Train Operation）とは、列車の運転を自動化する運転保安システムである。主に、人に対する安全性が確保しやすい地下鉄や新交通システムに使われている。
自動列車運転装置は、地上側で地点情報を発信する地上子、地上子から地点情報を受信する車上子、車両側で力行・惰行・ブレーキの制御を行う車上装置から構成されており、車両側に設置された車上装置には、各駅間の距離情報と運転パターンが予め記録されており、地上側での位置補正用地上子から受信された地点情報と、列車からの速度情報とを照合して、車上装置で距離演算することにより、運転操作を自動で行う。駅では停止位置目標に列車が自動的に停車できるように、駅の停車位置には、地上と車上の間で双方向伝送が可能な、有電源のトランスポンダである定位置停止地上子（P4地上子）と、その手前には、位置補正用の3つの無電源地上子（P1-P3地上子）が設置されており、P1地上子はブレーキパターン制御開始地点に設置して、残りのP2・P3地上子はブレーキ距離補正用の地上子としてP4地上子とP1地上子と間に設置される。
列車が停車駅に接近した場合には、P1地上子から停止位置までの距離情報を受信して、列車側では、駅間定速度制御から停止目標位置までのブレーキパターン制御を開始する。P2・P3地上子は、残りの距離情報を送信しており、列車側が受信すると、列車が記録している残りの距離情報の食い違いの補正を行い、列車速度と正確な残距離に合わせてフィードバックによるブレーキ制御を行い、停車目標位置までに列車を自動的に減速させる。列車が停車目標位置にあるP4地上子の位置に停車した後は、列車の停止位置がショートかジャストかオーバーかを判断する停止位置測定を行い、許容範囲以上に位置がずれた場合には、インチングにより列車位置の修正を行う。目標位置に停車したことが確認されると、車両側で転動防止ブレーキを掛け、車上側から地上側に列車の運行番号・行き先などの情報を送信され、地上側では、この情報を基に運行管理システムによる列車の運行管理を行う。その後、車上側からの指令で地上側のホームドアが開けられると、車上側に車両ドア開情報が送信されて、車両側のドアが開けられる。停車中においては、停車時間の管理を行い、運行管理システムからの出発指示情報・ホームドア閉・車両側のドア閉などの条件が揃えば、列車は駅から出発できるようになっている。また、ホームドアまたは車両のドアの開閉は、車両側の運転席にあるドア開閉ボタンを操作することにより行う。
地上子は鉄輪式リニアモーターカー方式の地下鉄（例 : 都営地下鉄大江戸線）では軌条間にリアクションプレートがあり、通常形地上子の設置ができないことからループコイル方式を採用している。これは2本の軌条の外側に「8の字形」のループコイルを設置し、撚架点（ねんかてん）を設けることで地上子としての機能を持たせているが、最近ではリアクションプレートの横に地上子を設置する方式もある。
また、地上子を設置した方式の場合には導入の手間が大きくなることから、東京メトロ千代田線北綾瀬支線（旧式の5000系・6000系ハイフン車）では地上子を使用しない方式を採用している。これは2駅間の折返し運転という性格上、両駅に設置しているATC装置の過走防護信号 (ORP・Over Run Protector) を基にして、地上子の代わりに残存距離の補正を行っている。ただし、2014年度より同線に導入された05系改修車では地上子・車上子方式となっている。
乗務員（路線により呼び方は異なる）が乗務するタイプと、無人運転のタイプとに大きく分けられる。出発条件の成立後、自動的に目標速度まで加速した後に定速運転を行い、次駅に接近すれば自動的に停止位置に停止させるという基本機能は変わらない。またATOは、ATCに自動運転装置としての機能が付加されたものでなければならないので、目標速度の設定及び保安確保のため、閉塞にATCを使用するケースがほとんどである。
乗務員が乗務するタイプには、ATOをあくまでも運転支援装置と捉え、ATO運転中であっても運転士の運転操作が優先するよう設計されたものと、ATO運転モードでは緊急停止以外の運転操作ができない、無人運転に近い設計のものが存在するが、いずれの場合も、一般に、戸閉後にハンドル付近に設置された出発ボタンを押すことで、次駅までの自動運転が開始される。出発ボタンは、誤操作防止のため、2つを同時に押すことにより作動するものがほとんどである。
また、無人運転に近い設計の方の列車には、出発ボタンは存在せず、代わりに「扉閉抑止」ボタンがついているものもある。この様な列車の場合、駅に到着後は扉が自動で開くものの、このボタンを押さないままにしておくと、出発時刻になると自動で扉が閉まり、ひとりでに発車してしまう。しかし、このボタンを押しておくと、駅に到着して自動で扉が開いた後は、このボタンを再度押して解除しないと、出発時刻になっても扉は閉まらず、発車しなくなる。再度押して解除することで、扉が閉まり、扉が正常に閉まった場合（ホームドアが設置されている路線ではホームドアも）には、自動で発車することになる。
またこの様な列車の場合、扉閉抑止を解除して一旦ドアが閉まった後に、再度ドアを開けることは出来ないため、戸ばさみからの復帰や駆け込み乗車をした乗客を乗せる場合、あるいは降り損ねそうになった乗客からの再開閉の依頼などで、発車せずにドアを再開閉する必要がある場合には、一旦ATOを解除した後マスコンキーを回して手動運転に切り替えた後、手動にてドアを再開閉してから、再度自動運転に戻す必要がある。
この方式は、福岡市地下鉄七隈線などで採用されている。自動運転中のハンドルのノッチは、まちまちである。
なお、ATO装置は駅停車制御機能のみを使用することでTASC装置としても使用することができる。東京メトロ南北線及び都営地下鉄三田線各車両のATO装置は東急目黒線内ではTASCモードに切り換わり、駅発車時の力行操作と駅間の速度制御は運転士が行い、駅停車時の停止操作はATO装置の駅停車制御機能（TASC機能）を使用している。
一例として東京メトロ南北線のATO装置のシステム構成について示す。同線用のATO装置は以下の装置と連動して車両を制御する。
ATOには列車速度の調整用に運転モードがある。東京メトロ南北線では「平常」・「回復」・「遅速」の3つのモードがあり、平常運転モードではATC制限速度の5km/h下の速度で走行、回復運転モード（列車遅れを回復させる場合）には平常運転より+2km/hで走行（ATC制限速度の3km/h下）、遅速（列車を遅らせる場合）には平常運転より-10km/hで走行（ATC制限速度の15km/h下）させることができる。
特にATO運転時には頻繁なノッチ操作を行うと乗り心地が低下してしまうため、力行ノッチ・常用ブレーキ操作は手動運転時よりもステップ分割を行うようにした車両もある。一例として大阪市営地下鉄千日前線の25系においては力行操作・常用ブレーキ操作ともATO運転時には力行7段(P1〜P7)、常用ブレーキ28段(B1〜B28)に分割されている。運転台に貼られたシールでは力行がP1〜P4、ブレーキはB1〜B7、非常ブレーキとなっている。
日本で初めてATOを設置したのは、名古屋市営地下鉄東山線の名古屋 - 栄町間で、1960年10月21日に本格的にテストしたが、1962年5月に終了した。その1962年から帝都高速度交通営団（現在の東京地下鉄）が日比谷線でも長期にわたって行われたが、2列車限りのあくまでも試験的な採用であった。その後も大阪市営地下鉄千日前線や都営地下鉄三田線で試験が行われたものの、いずれも当時は実用化されなかった（三田線は2000年、千日前線は2014年、東山線は2015年に導入）。会場内輸送ではあるが、1970年の日本万国博覧会においてモノレールが世界初の実用運転とされている。
地下鉄での営業列車への全面採用は、1976年（昭和51年）6月10日に開業した札幌市営地下鉄東西線（車掌も乗務）で、西28丁目駅と西車両基地の間では無人自動回送運転も行われていた。なお、同線では営業列車に限り1990年（平成2年）頃にATOによる運転を終了しており、それ以降は手動運転（ATC）となっている。次いで神戸市営地下鉄西神線で1977年（昭和52年）から採用している。
その後は、1981年（昭和56年）に開業した福岡市地下鉄空港線をはじめ、ワンマン運転を実施する路線において、乗務員の負担軽減のためにATOを採用する事例が増えた。さらに、旅客の安全対策としてホームドア（或いはホームゲート）が設置されるケースが相次いでいることに伴い、これらを採用した路線では、駅停車時にホームドア（ホームゲート）と車両のドアの位置を正確に合わせる必要があるため、ATOを採用する事例が増えている。
なお、ATOを採用した路線においても、地下鉄等在来型の鉄道においては、緊急時における運転士の技能低下を防止するため、1日数回、または一定時間に限り、手動運転を実施している路線が多い。
一方、1981年（昭和56年）に開業した神戸新交通ポートアイランド線（ポートライナー）をはじめとする新交通システムは、一部の例外を除き、無人運転を前提として設計されており、監視要員が乗務する路線・区間はあるものの、手動運転訓練や自動運転が継続できなくなった場合を除き、手動運転が行われることはない。
また、北九州高速鉄道小倉線のように、ATOを採用しながら、後に取りやめて全て手動運転（ATC）に切り替えた例も存在する。