沈括從小習劍舞槍，熟讀過舅父許洞的兵書《虎鈐經》，對北宋的邊防戰事素來關心。由於王安石重視邊防，西北邊境地區的防務情況也隨之大有好轉。宋朝廷從西夏手中收複了廣大地域，但是在北方，契丹族的遼國國力日盛，虎視眈眈地威脅著宋朝廷的安全。在河北邊境，稍有一點加強防務的舉動，如修堡壘、挖河溝，契丹就會立即向宋王朝提出抗議。
宋遼邊境的緊張氣氛，使神宗十分慌亂，匆忙發布命令，對民間的車輛實行登記，以備戰事爆發時緊急征用。神宗以為契丹入侵，必定用馬隊做前鋒，對付馬隊必須動用兵車。但是登記民車卻引起了百姓的驚恐，百姓以為戰火馬上就要燒到家門口了，連自家的牛車官府都要征收了，再加上地方官吏和土豪劣紳乘機敲詐勒索，更是鬧得雞犬不寧、人心惶惶。
這個時期的北宋，階級矛盾和民族矛盾都十分尖銳。遼和西夏貴族統治者又經常侵擾中原地區，擄掠人口牲畜，給社會經濟帶來了更大的破壞。
這時，沈括婉轉地勸神宗收回成命，不要再搞民間車輛登記。沈括說：“對付契丹的馬隊，用兵車抵擋當然好。隻是打仗用的兵車都是馬拉的戰車，奔馳快速，絕非老百姓耕地馱載的老牛木車所能代替的。時下登記民車，白白驚動老百姓，虛張聲勢而無實效，不如穩定民心，加緊做一些強國防務的事。”
熙寧七年（1074年），沈括被任命為河北西路察訪使，任務是視察和整頓邊防。他沿用曆來行之有效的陂塘拒敵方法，在同契丹接壤的河北平原上，利用原先修建的陂塘，築墊灌水，成為大麵積塘泊。一旦契丹入侵，這大片的水麵、沼澤，將會給敵人的馬隊造成極大的阻滯。
當時邊境平靜無戰事，如果大張旗鼓修築陂塘，勢必會驚動契丹，招來幹涉和破壞。沈括和部下裝做打獵的樣子，作為掩護，實際上是在勘察地形，把方圓幾百裏的山河、道路和村寨了解得一清二楚。隨後，沈括決定向朝廷匯報邊境的地勢和修築陂塘的計劃，但怎樣才能做到表達清晰，一目了然呢？他想，把小本本上的圖做成立體的模型，那麽山川、陂塘就如在眼前，形象逼真，不知勝過平麵地圖多少倍。