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つくば市はこれまで鉄道の乗り入れがなく、東京と結ぶ公共交通機関は、つくばからの高速バスか、近隣の荒川沖駅（土浦市）などを経由した常磐線の利用に頼っていた。自動列車運転装置（ATO）によるボタンを押すだけの自動運転制御により、運転士のみのワンマン運転が行われ、最高時速130キロで、秋葉原駅とつくば駅間を最速45分で走破する。駅施設にはホームドアや転落防止柵などの安全設備が設置されている。日本の鉄道で初めての試みとして、電車内から無線LANでインターネットへ接続できる設備も備えるなど、最新技術がふんだんに導入されている。
つくばエクスプレス開業