元朝建立后,刘秉忠曾上书提出《大明历》沿用了几百年,已经出现了一定的误差,需要修订新历法,但还没有来得及实施他就去世了。南宋灭亡后,忽必烈想起了刘秉忠的话,就派郭守敬负责天文测量并进行计算。郭守敬认为,历法准确与否,完全取决于测量是否精确。当时用于测量的浑仪是宋代在汴京制作的,而元朝首都在燕京,纬度有差别,加上年久失修,已经不能够准确测量了。郭守敬考察了浑仪的缺点,重新进行了修复。另外,他还制作出更加便于使用的简仪和高表等新式测量工具。
郭守敬认为在不同的地方测量,得到的数据是有偏差的,所以最好多在几个地方设立观测站,这样才能得到最准确的数据。忽必烈同意了他的意见,设置了14个监候官,把他们派往各地进行天文观测。观测站东至高丽,西至滇池,南至海南朱崖,北至铁勒,得到了大量精确的数据。